1.深入淺出Java多線程程序設(shè)計(jì)
多線程是這樣一種機(jī)制，它允許在程序中并發(fā)執(zhí)行多個指令流，每個指令流都稱為一個線程，彼此間互相獨(dú)立，
Java線程小結(jié)
。一：理解多線程
多線程是這樣一種機(jī)制，它允許在程序中并發(fā)執(zhí)行多個指令流，每個指令流都稱為一個多線程是這樣一種機(jī)制，它允許在程序中并發(fā)執(zhí)行多個指令流，每個指令流都稱為一個線程又稱為輕量級進(jìn)程，它和進(jìn)程一樣擁有獨(dú)立的執(zhí)行控制，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)度，區(qū)別在于線程沒有獨(dú)立的存儲空間，而是和所屬進(jìn)程中的其它線程共享一個存儲空間，這使得線程間的通信遠(yuǎn)較進(jìn)程簡單。
多個線程的執(zhí)行是并發(fā)的，也就是在邏輯上“同時”，而不管是否是物理上的“同時”。如果系統(tǒng)只有一個CPU，那么真正的“同時”是不可能的，但是由于CPU的速度非�？�，用戶感覺不到其中的區(qū)別，因此我們也不用關(guān)心它，只需要設(shè)想各個線程是同時執(zhí)行即可。
多線程和傳統(tǒng)的單線程在程序設(shè)計(jì)上最大的區(qū)別在于，由于各個線程的控制流彼此獨(dú)立，使得各個線程之間的代碼是亂序執(zhí)行的，由此帶來的線程調(diào)度，同步等問題，將在以后探討。
二：在Java中實(shí)現(xiàn)多線程
我們不妨設(shè)想，為了創(chuàng)建一個新的線程，我們需要做些什么？很顯然，我們必須指明這個線程所要執(zhí)行的代碼，而這就是在Java中實(shí)現(xiàn)多線程我們所需要做的一切！
真是神奇！Java是如何做到這一點(diǎn)的？通過類！作為一個完全面向?qū)ο蟮恼Z言，Java提供了類 java.lang.Thread 來方便多線程編程，這個類提供了大量的方法來方便我們控制自己的各個線程，我們以后的討論都將圍繞這個類進(jìn)行。
那么如何提供給 Java 我們要線程執(zhí)行的代碼呢？讓我們來看一看 Thread 類。Thread 類最重要的方法是 run() ，它為Thread 類的方法 start() 所調(diào)用，提供我們的線程所要執(zhí)行的代碼。為了指定我們自己的代碼，只需要覆蓋它！
方法一：繼承 Thread 類，覆蓋方法 run()，我們在創(chuàng)建的 Thread 類的子類中重寫 run() ,加入線程所要執(zhí)行的代碼即可。下面是一個例子：
public class MyThread extends Thread {
int count= 1, number;
public MyThread(int num) {
number = num;
System.out.println(創(chuàng)建線程 + number);
}
public void run() {
while(true) {
System.out.println(線程 + number + :計(jì)數(shù) + count);
if(++count== 6) return;
}
}
public static void main(String args[]) {
for(int i = 0; i < 5; i++) new MyThread(i+1).start();
}
}
這種方法簡單明了，符合大家的習(xí)慣，但是，它也有一個很大的缺點(diǎn)，那就是如果我們的類已經(jīng)從一個類繼承（如小程序必須繼承自 Applet 類），則無法再繼承 Thread 類，這時如果我們又不想建立一個新的類，應(yīng)該怎么辦呢？
我們不妨來探索一種新的方法：我們不創(chuàng)建 Thread 類的子類，而是直接使用它，那么我們只能將我們的方法作為參數(shù)傳遞給 Thread 類的實(shí)例，有點(diǎn)類似回調(diào)函數(shù)。但是 Java 沒有指針，我們只能傳遞一個包含這個方法的類的實(shí)例。那么如何限制這個類必須包含這一方法呢？當(dāng)然是使用接口�。m然抽象類也可滿足，但是需要繼承，而我們之所以要采用這種新方法，不就是為了避免繼承帶來的限制嗎？）
Java 提供了接口 java.lang.Runnable 來支持這種方法。
方法二：實(shí)現(xiàn) Runnable 接口
Runnable 接口只有一個方法 run()，我們聲明自己的類實(shí)現(xiàn) Runnable 接口并提供這一方法，將我們的線程代碼寫入其中，就完成了這一部分的任務(wù)。但是 Runnable 接口并沒有任何對線程的支持，我們還必須創(chuàng)建 Thread 類的實(shí)例，這一點(diǎn)通過 Thread 類的構(gòu)造函數(shù)public Thread(Runnable target);來實(shí)現(xiàn)。下面是一個例子：
public class MyThread implements Runnable {
int count= 1, number;
public MyThread(int num) {
number = num;
System.out.println(創(chuàng)建線程 + number);
}
public void run() {
while(true) {
System.out.println(線程 + number + :計(jì)數(shù) + count);
if(++count== 6) return;
}
}
public static void main(String args[]) {
for(int i = 0; i < 5; i++) new Thread(new MyThread(i+1)).start();
}
}
嚴(yán)格地說，創(chuàng)建 Thread 子類的實(shí)例也是可行的，但是必須注意的是，該子類必須沒有覆蓋 Thread 類的 run 方法，否則該線程執(zhí)行的將是子類的 run 方法，而不是我們用以實(shí)現(xiàn)Runnable 接口的類的 run 方法，對此大家不妨試驗(yàn)一下。
使用 Runnable 接口來實(shí)現(xiàn)多線程使得我們能夠在一個類中包容所有的代碼，有利于封裝，它的缺點(diǎn)在于，我們只能使用一套代碼，若想創(chuàng)建多個線程并使各個線程執(zhí)行不同的代碼，則仍必須額外創(chuàng)建類，如果這樣的話，在大多數(shù)情況下也許還不如直接用多個類分別繼承 Thread 來得緊湊。
綜上所述，兩種方法各有千秋，大家可以靈活運(yùn)用。
下面讓我們一起來研究一下多線程使用中的一些問題。
三：線程的四種狀態(tài)
1. 新狀態(tài)：線程已被創(chuàng)建但尚未執(zhí)行（start() 尚未被調(diào)用）。
2. 可執(zhí)行狀態(tài)：線程可以執(zhí)行，雖然不一定正在執(zhí)行。CPU 時間隨時可能被分配給該線程，從而使得它執(zhí)行。
3. 死亡狀態(tài)：正常情況下 run() 返回使得線程死亡。調(diào)用 stop()或 destroy() 亦有同樣效果，但是不被推薦，前者會產(chǎn)生異常，后者是強(qiáng)制終止，不會釋放鎖。
4. 阻塞狀態(tài)：線程不會被分配 CPU 時間，無法執(zhí)行。
四：線程的優(yōu)先級
線程的優(yōu)先級代表該線程的重要程度，當(dāng)有多個線程同時處于可執(zhí)行狀態(tài)并等待獲得 CPU 時間時，線程調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)各個線程的優(yōu)先級來決定給誰分配 CPU 時間，優(yōu)先級高的線程有更大的機(jī)會獲得 CPU 時間，優(yōu)先級低的線程也不是沒有機(jī)會，只是機(jī)會要小一些罷了。
你可以調(diào)用 Thread 類的方法 getPriority() 和 setPriority()來存取線程的優(yōu)先級，線程的優(yōu)先級界于1(MIN_PRIORITY)和10(MAX_PRIORITY)之間，缺省是5(NORM_PRIORITY)。
五：線程的同步
由于同一進(jìn)程的多個線程共享同一片存儲空間，在帶來方便的同時，也帶來了訪問沖突這個嚴(yán)重的問題。Java語言提供了專門機(jī)制以解決這種沖突，有效避免了同一個數(shù)據(jù)對象被多個線程同時訪問。
由于我們可以通過 private 關(guān)鍵字來保證數(shù)據(jù)對象只能被方法訪問，所以我們只需針對方法提出一套機(jī)制，這套機(jī)制就是 synchronized 關(guān)鍵字，它包括兩種用法：synchronized 方法和 synchronized 塊。
1. synchronized 方法：通過在方法聲明中加入 synchronized關(guān)鍵字來聲明 synchronized 方法。如：
public synchronized void accessVal(int newVal);
synchronized 方法控制對類成員變量的訪問：每個類實(shí)例對應(yīng)一把鎖，每個 synchronized 方法都必須獲得調(diào)用該方法的類實(shí)例的鎖方能執(zhí)行，否則所屬線程阻塞，方法一旦執(zhí)行，就獨(dú)占該鎖，直到從該方法返回時才將鎖釋放，此后被阻塞的線程方能獲得該鎖，重新進(jìn)入可執(zhí)行狀態(tài)。這種機(jī)制確保了同一時刻對于每一個類實(shí)例，其所有聲明為 synchronized 的成員函數(shù)中至多只有一個處于可執(zhí)行狀態(tài)（因?yàn)橹炼嘀挥幸粋�能夠獲得該類實(shí)例對應(yīng)的鎖），從而有效避免了類成員變量的訪問沖突（只要所有可能訪問類成員變量的方法均被聲明為 synchronized）。
在 Java 中，不光是類實(shí)例，每一個類也對應(yīng)一把鎖，這樣我們也可將類的靜態(tài)成員函數(shù)聲明為 synchronized ，以控制其對類的靜態(tài)成員變量的訪問。
2.線程池(java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor)的使用
線程池類為 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，常用構(gòu)造方法為：
ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,
long keepAliveTime, TimeUnit unit,
BlockingQueue
RejectedExecutionHandler handler)
corePoolSize： 線程池維護(hù)線程的最少數(shù)量
maximumPoolSize：線程池維護(hù)線程的最大數(shù)量
keepAliveTime： 線程池維護(hù)線程所允許的空閑時間
unit： 線程池維護(hù)線程所允許的空閑時間的單位
workQueue： 線程池所使用的緩沖隊(duì)列
handler： 線程池對拒絕任務(wù)的處理策略
一個任務(wù)通過 execute(Runnable)方法被添加到線程池，任務(wù)就是一個 Runnable類型的對象，任務(wù)的執(zhí)行方法就是 Runnable類型對象的run()方法。
當(dāng)一個任務(wù)通過execute(Runnable)方法欲添加到線程池時：
l 如果此時線程池中的數(shù)量小于corePoolSize，即使線程池中的線程都處于空閑狀態(tài)，也要創(chuàng)建新的線程來處理被添加的任務(wù)。
l 如果此時線程池中的數(shù)量等于 corePoolSize，但是緩沖隊(duì)列 workQueue未滿，那么任務(wù)被放入緩沖隊(duì)列。
l 如果此時線程池中的數(shù)量大于corePoolSize，緩沖隊(duì)列workQueue滿，并且線程池中的數(shù)量小于maximumPoolSize，建新的線程來處理被添加的任務(wù)。
l 如果此時線程池中的數(shù)量大于corePoolSize，緩沖隊(duì)列workQueue滿，并且線程池中的數(shù)量等于maximumPoolSize，那么通過 handler所指定的策略來處理此任務(wù)。也就是：處理任務(wù)的優(yōu)先級為：核心線程corePoolSize、任務(wù)隊(duì)列workQueue、最大線程 maximumPoolSize，如果三者都滿了，使用handler處理被拒絕的任務(wù)。
l 當(dāng)線程池中的線程數(shù)量大于 corePoolSize時，如果某線程空閑時間超過keepAliveTime，線程將被終止。這樣，線程池可以動態(tài)的調(diào)整池中的線程數(shù)。
unit可選的參數(shù)為java.util.concurrent.TimeUnit中的幾個靜態(tài)屬性：
NANOSECONDS、
MICROSECONDS、
MILLISECONDS、
SECONDS。
workQueue常用的是：java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue
handler有四個選擇：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
拋出java.util.concurrent.RejectedExecutionException異常
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
重試添加當(dāng)前的任務(wù)，他會自動重復(fù)調(diào)用execute()方法
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
拋棄舊的任務(wù)
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()
拋棄當(dāng)前的任務(wù)
二、相關(guān)參考
一個 ExecutorService，它使用可能的幾個池線程之一執(zhí)行每個提交的任務(wù)，通常使用 Executors 工廠方法配置，
電腦資料
《Java線程小結(jié)》(http://www.shangyepx.com)。線程池可以解決兩個不同問題：由于減少了每個任務(wù)調(diào)用的開銷，它們通�？梢栽趫�(zhí)行大量異步任務(wù)時提供增強(qiáng)的性能，并且還可以提供綁定和管理資源 （包括執(zhí)行集合任務(wù)時使用的線程）的方法。每個 ThreadPoolExecutor 還維護(hù)著一些基本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如完成的任務(wù)數(shù)。
為了便于跨大量上下文使用，此類提供了很多可調(diào)整的參數(shù)和擴(kuò)展掛鉤。但是，強(qiáng)烈建議程序員使用較為方便的 Executors 工廠方法 Executors.newCachedThreadPool()（無界線程池，可以進(jìn)行自動線程回收）、 Executors.newFixedThreadPool(int)（固定大小線程池）和 Executors.newSingleThreadExecutor()（單個后臺線程），它們均為大多數(shù)使用場景預(yù)定義了設(shè)置。否則，在手動配置和調(diào) 整此類時，使用以下指導(dǎo)：
核心和最大池大小
ThreadPoolExecutor 將根據(jù) corePoolSize（參見 getCorePoolSize()）和 maximumPoolSize（參見 getMaximumPoolSize()）設(shè)置的邊界自動調(diào)整池大小。當(dāng)新任務(wù)在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交時，如果運(yùn)行的線程少于 corePoolSize，則創(chuàng)建新線程來處理請求，即使其他輔助線程是空閑的。如果運(yùn)行的線程多于 corePoolSize 而少于 maximumPoolSize，則僅當(dāng)隊(duì)列滿時才創(chuàng)建新線程。如果設(shè)置的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 相同，則創(chuàng)建了固定大小的線程池。如果將 maximumPoolSize 設(shè)置為基本的無界值（如 Integer.MAX_VALUE），則允許池適應(yīng)任意數(shù)量的并發(fā)任務(wù)。在大多數(shù)情況下，核心和最大池大小僅基于構(gòu)造來設(shè)置，不過也可以使用 setCorePoolSize(int) 和 setMaximumPoolSize(int) 進(jìn)行動態(tài)更改。
按需構(gòu)造
默認(rèn)情況下，即使核心線程最初只是在新任務(wù)需要時才創(chuàng)建和啟動的，也可以使用方法 prestartCoreThread() 或 prestartAllCoreThreads() 對其進(jìn)行動態(tài)重寫。
創(chuàng)建新線程
使用 ThreadFactory 創(chuàng)建新線程。如果沒有另外說明，則在同一個 ThreadGroup 中一律使用 Executors.defaultThreadFactory() 創(chuàng)建線程，并且這些線程具有相同的 NORM_PRIORITY 優(yōu)先級和非守護(hù)進(jìn)程狀態(tài)。通過提供不同的 ThreadFactory，可以改變線程的名稱、線程組、優(yōu)先級、守護(hù)進(jìn)程狀態(tài)，等等。如果從 newThread 返回 null 時 ThreadFactory 未能創(chuàng)建線程，則執(zhí)行程序?qū)⒗^續(xù)運(yùn)行，但不能執(zhí)行任何任務(wù)。
保持活動時間
如果池中當(dāng)前有多于 corePoolSize 的線程，則這些多出的線程在空閑時間超過 keepAliveTime 時將會終止（參見 getKeepAliveTime(java.util.concurrent.TimeUnit)）。這提供了當(dāng)池處于非活動狀態(tài)時減少資源消耗的方 法。如果池后來變得更為活動，則可以創(chuàng)建新的線程。也可以使用方法 setKeepAliveTime(long, java.util.concurrent.TimeUnit) 動態(tài)地更改此參數(shù)。使用 Long.MAX_VALUE TimeUnit.NANOSECONDS 的值在關(guān)閉前有效地從以前的終止?fàn)顟B(tài)禁用空閑線程。
排隊(duì)
所有 BlockingQueue 都可用于傳輸和保持提交的任務(wù)。可以使用此隊(duì)列與池大小進(jìn)行交互：
A. 如果運(yùn)行的線程少于 corePoolSize，則 Executor 始終首選添加新的線程，而不進(jìn)行排隊(duì)。
B. 如果運(yùn)行的線程等于或多于 corePoolSize，則 Executor 始終首選將請求加入隊(duì)列，而不添加新的線程。
C. 如果無法將請求加入隊(duì)列，則創(chuàng)建新的線程，除非創(chuàng)建此線程超出 maximumPoolSize，在這種情況下，任務(wù)將被拒絕。
排隊(duì)有三種通用策略：
直接提交。工作隊(duì)列的默認(rèn)選項(xiàng)是 SynchronousQueue，它將任務(wù)直接提交給線程而不保持它們。在此，如果不存在可用于立即運(yùn)行任務(wù)的線程，則試圖把任務(wù)加入隊(duì)列將失敗，因此 會構(gòu)造一個新的線程。此策略可以避免在處理可能具有內(nèi)部依賴性的請求集合時出現(xiàn)鎖定。直接提交通常要求無界 maximumPoolSizes 以避免拒絕新提交的任務(wù)。當(dāng)命令以超過隊(duì)列所能處理的平均數(shù)連續(xù)到達(dá)時，此策略允許無界線程具有增長的可能性。
無界隊(duì)列。使用無界隊(duì)列（例如，不具有預(yù)定義容量的 LinkedBlockingQueue）將導(dǎo)致在所有 corePoolSize 線程都忙的情況下將新任務(wù)加入隊(duì)列。這樣，創(chuàng)建的線程就不會超過 corePoolSize。（因此，maximumPoolSize 的值也就無效了。）當(dāng)每個任務(wù)完全獨(dú)立于其他任務(wù)，即任務(wù)執(zhí)行互不影響時，適合于使用無界隊(duì)列；例如，在 Web 頁服務(wù)器中。這種排隊(duì)可用于處理瞬態(tài)突發(fā)請求，當(dāng)命令以超過隊(duì)列所能處理的平均數(shù)連續(xù)到達(dá)時，此策略允許無界線程具有增長的可能性。
有界隊(duì)列。當(dāng)使用有限的 maximumPoolSizes 時，有界隊(duì)列（如 ArrayBlockingQueue）有助于防止資源耗盡，但是可能較難調(diào)整和控制。隊(duì)列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型隊(duì)列和小型池可以 最大限度地降低 CPU 使用率、操作系統(tǒng)資源和上下文切換開銷，但是可能導(dǎo)致人工降低吞吐量。如果任務(wù)頻繁阻塞（例如，如果它們是 I/O 邊界），則系統(tǒng)可能為超過您許可的更多線程安排時間。使用小型隊(duì)列通常要求較大的池大小，CPU 使用率較高，但是可能遇到不可接受的調(diào)度開銷，這樣也會降低吞吐量。
被拒絕的任務(wù)
當(dāng) Executor 已經(jīng)關(guān)閉，并且 Executor 將有限邊界用于最大線程和工作隊(duì)列容量，且已經(jīng)飽和時，在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交的新任務(wù)將被拒絕。在以上兩種情況下，execute 方法都將調(diào)用其 RejectedExecutionHandler 的 RejectedExecutionHandler.rejectedExecution(java.lang.Runnable, java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor) 方法。下面提供了四種預(yù)定義的處理程序策略：
A. 在默認(rèn)的 ThreadPoolExecutor.AbortPolicy 中，處理程序遭到拒絕將拋出運(yùn)行時 RejectedExecutionException。
B. 在 ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy 中，線程調(diào)用運(yùn)行該任務(wù)的 execute 本身。此策略提供簡單的反饋控制機(jī)制，能夠減緩新任務(wù)的提交速度。
C. 在 ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy 中，不能執(zhí)行的任務(wù)將被刪除。
D. 在 ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy 中，如果執(zhí)行程序尚未關(guān)閉，則位于工作隊(duì)列頭部的任務(wù)將被刪除，然后重試執(zhí)行程序（如果再次失敗，則重復(fù)此過程）。
定義和使用其他種類的 RejectedExecutionHandler 類也是可能的，但這樣做需要非常小心，尤其是當(dāng)策略僅用于特定容量或排隊(duì)策略時。
掛鉤方法
此類提供 protected 可重寫的 beforeExecute(java.lang.Thread, java.lang.Runnable) 和 afterExecute(java.lang.Runnable, java.lang.Throwable) 方法，這兩種方法分別在執(zhí)行每個任務(wù)之前和之后調(diào)用。它們可用于操縱執(zhí)行環(huán)境；例如，重新初始化 ThreadLocal、搜集統(tǒng)計(jì)信息或添加日志條目。此外，還可以重寫方法 terminated() 來執(zhí)行 Executor 完全終止后需要完成的所有特殊處理。
如果掛鉤或回調(diào)方法拋出異常，則內(nèi)部輔助線程將依次失敗并突然終止。
隊(duì)列維護(hù)
方法 getQueue() 允許出于監(jiān)控和調(diào)試目的而訪問工作隊(duì)列。強(qiáng)烈反對出于其他任何目的而使用此方法。remove(java.lang.Runnable) 和 purge() 這兩種方法可用于在取消大量已排隊(duì)任務(wù)時幫助進(jìn)行存儲回收。
一、例子
創(chuàng)建 TestThreadPool 類：
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class TestThreadPool { private static int produceTaskSleepTime = 2; private static int produceTaskMaxNumber = 10; public static void main(String[] args) { // 構(gòu)造一個線程池 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 3, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue
創(chuàng)建 ThreadPoolTask類：
import java.io.Serializable; public class ThreadPoolTask implements Runnable, Serializable { private Object attachData; ThreadPoolTask(Object tasks) { this.attachData = tasks; } public void run() { System.out.println(開始執(zhí)行任務(wù)： + attachData); attachData = null; } public Object getTask() { return this.attachData; } }
執(zhí)行結(jié)果：
創(chuàng)建任務(wù)并提交到線程池中：task@ 1
開始執(zhí)行任務(wù)：task@ 1
創(chuàng)建任務(wù)并提交到線程池中：task@ 2
開始執(zhí)行任務(wù)：task@ 2
創(chuàng)建任務(wù)并提交到線程池中：task@ 3
創(chuàng)建任務(wù)并提交到線程池中：task@ 4
開始執(zhí)行任務(wù)：task@ 3
創(chuàng)建任務(wù)并提交到線程池中：task@ 5
開始執(zhí)行任務(wù)：task@ 4
創(chuàng)建任務(wù)并提交到線程池中：task@ 6
創(chuàng)建任務(wù)并提交到線程池中：task@ 7
創(chuàng)建任務(wù)并提交到線程池中：task@ 8
開始執(zhí)行任務(wù)：task@ 5
開始執(zhí)行任務(wù)：task@ 6
創(chuàng)建任務(wù)并提交到線程池中：task@ 9
開始執(zhí)行任務(wù)：task@ 7
創(chuàng)建任務(wù)并提交到線程池中：task@ 10
開始執(zhí)行任務(wù)：task@ 8
開始執(zhí)行任務(wù)：task@ 9
開始執(zhí)行任務(wù)：task@ 10