JAVA多线程
线程和进程的概念
- 进程是程序在计算机中的一次执行活动。当运行一个程序时，就启动了一个进程。凡是用于完成操作系统的各种功能的进程就是系统进程，而由你自己启动的进程叫用户进程
- 进程就是又一个或多个线程构成的。而线程是进程中的实际运行单位，是独立于进程之中的子任务。是操作系统进行运算调度的最小单位。可理解为线程是进程中的一个最小运行单元。
- 进程和线程之间的关系：一个进程包含N和线程
创建多线程的方法
继承 Thread 类
- Thread类的本质上是实现了Runnable接口的一个实例，代表一个线程的实例
- 启动线程的唯一方法就是通过Thread类的start()实例方法，start()方法是一个 native 方法，它将启动一个新线程，并执行 run()方法
public class MyThread extends Thread {
public void run() {
System.out.println("MyThread.run()");
}
}
MyThread myThread1 = new MyThread();
myThread1.start();
实现 Runnable 接口
- 如果自己的类中已经继承了一个类，则我们可以实现Runnable接口来创建线程
public class MyThread extends OtherClass implements Runnable {
public void run() {
System.out.println("MyThread.run()");
}
}
//启动 MyThread，需要首先实例化一个 Thread，并传入自己的 MyThread 实例：
MyThread myThread = new MyThread();
Thread thread = new Thread(myThread);
thread.start();
//事实上，当传入一个 Runnable target 参数给 Thread 后， Thread 的 run()方法就会调用
target.run()
public void run() {
if (target != null) {
target.run();
}
}
ExecutorService、 Callable、 Future 有返回值线程
- 有返回值的任务，必须实现Callable接口，无返回值的任务必须 Runnable 接口。
- 执行Callable 任务后，可以获取一个 Future 的对象，在该对象上调用 get 就可以获取到 Callable 任务返回的 Object 了，再结合线程接口 ExecutorService 就可以实现有返回结果的多线程了。
//创建一个线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
// 创建多个有返回值的任务
List<Future> list = new ArrayList<Future>();
for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
Callable c = new MyCallable(i + " ");
// 执行任务并获取 Future 对象
Future f = pool.submit(c);
list.add(f);
}
// 关闭线程池
pool.shutdown();
// 获取所有并发任务的运行结果
for (Future f : list) {
// 从 Future 对象上获取任务的返回值，并输出到控制台
System.out.println("res： " + f.get().toString());
}
线程池
- 线程和数据库连接这些资源都是十分宝贵的，每次需要的时候创建，不需要的时候销毁，十分浪费资源。我们可以使用缓存的策略，就是线程池
- Java 里面线程池的顶级接口是 Executor，但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 ExecutorService。
// 创建线程池
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
while(true) {
threadPool.execute(new Runnable() { // 提交多个线程任务，并执行
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running ..");
try {
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
newCachedThreadPool
- 创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。
- 调用 execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。
newFixedThreadPool
- 创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。
- 如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中等待。
- 如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务（如果需要）。
- 在某个线程被显式地关闭之前，池中的线程将一直存在。
newScheduledThreadPool
- 创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool= Executors.newScheduledThreadPool(3);
scheduledThreadPool.schedule(newRunnable(){
@Override
public void run() {
System.out.println("延迟三秒");
}
}, 3, TimeUnit.SECONDS);
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(newRunnable(){
@Override
public void run() {
System.out.println("延迟 1 秒后每三秒执行一次");
}
},1,3,TimeUnit.SECONDS);
newSingleThreadExecutor
- Executors.newSingleThreadExecutor()返回一个线程池（这个线程池只有一个线程）
- 这个线程池可以在线程死后（或发生异常时）重新启动一个线程来替代原来的线程继续执行下去！
线程的生命周期(状态)
新建态(NEW)
- 当程序使用 new 关键字创建了一个线程之后，该线程就处于新建状态，此时仅由 JVM 为其分配内存，并初始化其成员变量的值
就绪态(RUNNABLE)
- 当线程对象调用了 start()方法之后，该线程处于就绪状态。 Java 虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等待调度运行。
运行态(RUNNING)
- 如果处于就绪状态的线程获得了 CPU，开始执行 run()方法的线程执行体，则该线程处于运行状态。
阻塞态(BLOCKED)
- 阻塞状态是指线程因为某种原因放弃了 cpu 使用权，也即让出了 cpu timeslice，暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得 cpu timeslice 转到运行(running)状态。
- 等待阻塞（o.wait->等待对列）:运行的线程执行wait()方法，JVM会将该线程放入等待队列中
- 同步阻塞（lock->线程池）:运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会吧该线程放入锁池中
- 其他阻塞（sleep/join）：运行的线程执行 Thread.sleep()或 t.join()方法，或者发出了 I/O 请求时，JVM 会把该线程置为阻塞状态。当 sleep()状态超时、 join()等待线程终止或者超时、或者 I/O处理完毕时，线程重新转入可运行状态。
死亡态(DEAD)
- 线程会以下面三种方式结束，结束后就是死亡状态
- 正常结束：run()或 call()方法执行完成，线程正常结束
- 异常结束：线程抛出一个未捕获的 Exception 或 Error
- 调用 stop：直接调用该线程的 stop()方法来结束该线程—该方法通常容易导致死锁，不推荐使用。
终止线程的四种方式
正常运行结束
- 程序运行结束，线程自动结束
使用退出标志退出线程
- 一般 run()方法执行完，线程就会正常结束，然而，常常有些线程是伺服线程。它们需要长时间的运行，只有在外部某些条件满足的情况下，才能关闭这些线程。
- 使用一个变量来控制循环，例如：最直接的方法就是设一个 boolean 类型的标志，并通过设置这个标志为 true 或 false 来控制 while循环是否退出
public class ThreadSafe extends Thread {
public volatile boolean exit = false;
public void run() {
while (!exit){
//do something
}
}
}
- 定义了一个退出标志 exit，当 exit 为 true 时， while 循环退出， exit 的默认值为 false.
- 在定义 exit时，使用了一个 Java 关键字 volatile，这个关键字的目的是使 exit 同步，也就是说在同一时刻只能由一个线程来修改 exit 的值。
Interrupt方法结束线程
分为两种情况：
- 变成处于阻塞状态：
- 如使用了 sleep，同步锁的 wait、socket 中的 receiver、accept 等方法时，会使线程处于阻塞状态。
- 当调用线程的 interrupt()方法时，会抛出 InterruptException 异常。
- 阻塞中的那个方法抛出这个异常，通过代码捕获该异常，然后 break 跳出循环状态，从而让我们有机会结束这个线程的执行。
- 通常很多人认为只要调用 interrupt 方法线程就会结束，实际上是错的， 一定要先捕获 InterruptedException 异常之后通过 break 来跳出循环，才能正常结束 run 方法。
- 线程未处于阻塞状态：
- 使用 isInterrupted()判断线程的中断标志来退出循环。
- 当使用interrupt()方法时，中断标志就会置 true，和使用自定义的标志来控制循环是一样的道理。
public class ThreadSafe extends Thread {
public void run() {
while (!isInterrupted()){ //非阻塞过程中通过判断中断标志来退出
try{
Thread.sleep(5*1000);//阻塞过程捕获中断异常来退出
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
break;//捕获到异常之后，执行 break 跳出循环
}
}
}
}
stop方法终止线程(线程不安全)
- thread.stop()调用之后，创建子线程的线程就会抛出 ThreadDeatherror 的错误，并且会释放子线程所持有的所有锁。
- 一般任何进行加锁的代码块，都是为了保护数据的一致性，如果在调用thread.stop()后导致了该线程所持有的所有锁的突然释放(不可控制)，那么被保护数据就有可能呈现不一致性，其他线程在使用这些被破坏的数据时，有可能导致一些很奇怪的应用程序错误。
sleep、wait、yield、join之间的区别
JAVA后台线程
- 守护线程（服务线程）：为用户线程提供公共服务，在没有用户线程可服务时会自动离开
- 优先级：守护线程的优先级比较低，用于为系统中的其他对象和线程提供服务
- 通过setDaemon(true)来设置守护线程，将一个用户线程设置成守护线程的方式是在线程对象创建之前，用线程对象的setDaemon方法
- 在Daemon中产生的新线程也是Daemon的
- 线程是JVM级别的
- 垃圾回收线程就是一个经典的守护线程，当我们的程序中不再有任何运行的Thread,程序就不会再产生垃圾，垃圾回收器也就无事可做， 所以当垃圾回收线程是 JVM 上仅剩的线程时，垃圾回收线程会自动离开。它始终在低级别的状态中运行，用于实时监控和管理系统中的可回收资源
线程中的方法
- sleep()：强迫一个线程睡眠N毫秒
- isAlive()：判断一个线程是否存活
- join()：等待线程终止
- actionCount()：程序中活跃的线程数
- enumerate()：枚举程序中的线程
- currentThread()：得到当前线程
- isDaemon()：判断一个线程是否是守护线程
- setDaemon()：设置守护线程（用户线程和守护线程的区别：是否等待主线程依赖于主程序结束而结束）
- setName()：为线程设置一个名称
- wait() ：强迫一个线程等待
- notify()：通知一个线程继续运行
- setPriority()：设置一个线程的优先级
- getPriority()：获取一个线程的优先级
线程池
- 线程池的主要工作是控制运行线程的数量，处理过程中将线程放入队列，然后在线程创建后启动这些线程，如果线程数量超过了最大数量，超出的数量排队等候，等待其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。
- 他的主要特点是：线程复用，控制最大并发数；管理线程
线程复用
- 每个Thread的类都有一个start方法，当调用start启动线程的时候，java虚拟机会调用该类的run方法。那么该类的run方法就是调用了Runnable对象的run方法
- 我们可以继承重写Thread类，在其start方法中添加不断循环用传递过来的Runnable对象，这就是线程池的实现原理
- 循环方法中不断获取Runnable使用过Queue实现的，在获取下一个Runnable之前可以是阻塞的
线程池的组成
- 线程池管理器：用于创建并管理线程池
- 工作线程：线程池中的线程
- 任务接口：每个任务必须实现的接口，用于工作线程调度其运行
- 任务队列：用于存放待处理的任务，提供一种缓冲机制
- Java 中的线程池是通过 Executor 框架实现的，该框架中用到了 Executor， Executors，ExecutorService， ThreadPoolExecutor ， Callable 和 Future、 FutureTask 这几个类
- ThreadPoolExecutor 的构造方法如下：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize, long keepAliveTime,
TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}
- corePoolSize：指定了线程池中的线程数量。
- maximumPoolSize：指定了线程池中的最大线程数量。
- keepAliveTime：当前线程池数量超过 corePoolSize 时，多余的空闲线程的存活时间，即多
次时间内会被销毁。 - unit： keepAliveTime 的单位。
- workQueue：任务队列，被提交但尚未被执行的任务。
- threadFactory：线程工厂，用于创建线程，一般用默认的即可。
- handler：拒绝策略，当任务太多来不及处理，如何拒绝任务。
拒绝策略
- 线程池中的线程已经用完了，无法继续为新任务服务，同时，等待队列也已经排满了，再也塞不下新任务了。这时候我们就需要拒绝策略机制合理的处理这个问题。
- JDK 内置的拒绝策略如下：
- AbortPolicy ： 直接抛出异常，阻止系统正常运行。
- CallerRunsPolicy ： 只要线程池未关闭，该策略直接在调用者线程中，运行当前被丢弃的任务。显然这样做不会真的丢弃任务，但是，任务提交线程的性能极有可能会急剧下降。
- DiscardOldestPolicy ： 丢弃最老的一个请求，也就是即将被执行的一个任务，并尝试再次提交当前任务。
- DiscardPolicy ： 该策略默默地丢弃无法处理的任务，不予任何处理。如果允许任务丢失，这是最好的一种方案。
- 以上内置拒绝策略均实现了 RejectedExecutionHandler 接口，若以上策略仍无法满足实际需要，完全可以自己扩展 RejectedExecutionHandler 接口。
线程池的工作过程
- 线程刚刚创建的时候，里面没有线程，任务队列i作为参数传进来的，不过就算队列里面有任务，线程池也不会马上执行
- 当调用execute()方法添加一个任务的时候，线程池会做出如下的判断
- 如果正在运行的线程数量小于corePoolSize，会马上创建线程运行这个任务
- 如果正在运行的线程胡亮大于或等于corePoolSize，那么将这任务放入队列
- 如果此时的队列已满，且正在运行的线程数小于maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务
- 如果此时的队列已满，且正在运行的线程数大于或等于maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常RejectExecutionException；
- 当一个线程完成任务的时候，它会从队列中取下一个任务来执行
- 当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程会判断，如果当前运行的线程数大于corePoolSize，这个线程就会被停掉，所有线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到corePoolSize的大小