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什么是进程?
进程是系统中正在运行的一个程序,程序一旦运行就是进程。
进程可以看成程序执行的一个实例。进程是系统资源分配的独立实体,每个进程都拥有独立的地址空间。 一个进程无法访问另一个进程的变量和数据结构,如果想让一个进程访问另一个进程的资源,需要 使用进程间通信,比如管道,文件,套接字等。
什么是线程?
是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。 一条线程 指的是进程中一个单一顺序的控制流, 一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。
线程的实现方式?
- 继承Thread类
- 实现Runnable接口
- 使用Callable和Future
Thread 类中的start() 和 run() 方法有什么区别?
1.start 样)方法来启动线程,真正实现了多线程运行。这时无需等待run方法体代码执行完毕,可以直接 继续执行下面的代码;通过调用Thread类的start()方法来启动一个线程, 这时此线程是处于就绪状态,并没有运行。 然后通过此Thread类调用方法run()来完成其运行操作的, 这里方法run()称为线程体,它 包含了要执行的这个线程的内容, Run方法运行结束, 此线程终止。然后CPU再调度其它线程。
2.run 样)方法当作普通方法的方式调用。程序还是要顺序执行,要等待run方法体执行完毕后,才可继 续执行下面的代码; 程序中只有主线程——这一个线程, 其程序执行路径还是只有一条, 这样就没有 达到写线程的目的。
线程NEW状态
new创建一个Thread对象时,并没处于执行状态,因为没有调用start方法启动改线程,那么此时的状态 就是新建状态。
线程RUNNABLE状态
线程对象通过start方法进入runnable状态,启动的线程不一定会立即得到执行,线程的运行与否要看 cpu的调度,我们把这个中间状态叫可执行状态样RUNNABLE)。
线程的RUNNING状态
一旦cpu通过轮询货其他方式从任务可以执行队列中选中了线程,此时它才能真正的执行自己的逻辑代 码。
线程的BLOCKED状态
- 线程正在等待获取锁。
- 进入BLOCKED状态,比如调用了sleep,或者wait方法
- 进行某个阻塞的io操作,比如因网络数据的读写进入BLOCKED状态
- 获取某个锁资源,从而加入到该锁的阻塞队列中而进入BLOCKED状态
线程的TERMINATED状态
TERMINATED是一个线程的最终状态,在该状态下线程不会再切换到其他任何状态了,代表整个生命周期都结束了。
下面几种情况会进入TERMINATED状态:
- 线程运行正常结束,结束生命周期
- 线程运行出错意外结束
- JVM Crash 导致所有的线程都结束
线程状态转化图
i——————与System.out.println()的异常
示例代码:
public class XkThread extends Thread {
private int i = 5;
@Override
public void run() {
System.out.println("i=" + (i—————— ) + " threadName=" + Thread.currentThread().getName());
}
public static void main(String[] args) {
XkThread xk = new XkThread();
Thread t1 = new Thread(xk);
Thread t2 = new Thread(xk);
Thread t3 = new Thread(xk);
Thread t4 = new Thread(xk);
Thread t5 = new Thread(xk);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
}
}
结果:
i = 5 threadName = Thread - 1
i = 2 threadName = Thread - 5
i = 5 threadName = Thread - 2
i = 4 threadName = Thread - 3
i = 3 threadName = Thread - 4
虽然println()方法在内部是同步的,但i——————的操作却是在进入println()之前发生的,所以有发生非线程安全的概率。
println()源码:
public void println(String x) {
synchronized (this) {
print(x);
newLine();
}
}
如何知道代码段被哪个线程调用?
System.out .println(Thread .currentThread ().getName());
线程活动状态?
public class XKThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("run run run is " + this.isAlive());
}
public static void main(String[] args) {
XKThread xk = new XKThread();
System.out.println("begin ——— " + xk.isAlive());
xk.start();
System.out.println("end ————— " + xk.isAlive());
}
}
sleep()方法
方法sleep()的作用是在指定的毫秒数内让当前的“正在执行的线程”休眠(暂停执行)。
如何优雅的设置睡眠时间?
jdk1.5 后,引入了一个枚举TimeUnit,对sleep方法提供了很好的封装。比如要表达2小时22分55秒899毫秒。
Thread.sleep(8575899L);
TimeUnit.HOURS.sleep(3);
TimeUnit.MINUTES.sleep(22);
TimeUnit.SECONDS.sleep(55);
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(899);
可以看到表达的含义更清晰,更优雅。
停止线程
- run方法执行完成,自然终止。
- stop()方法, suspend()以及resume()都是过期作废方法,使用它们结果不可预期。
- 大多数停止一个线程的操作使用Thread.interrupt()等于说给线程打一个停止的标记, 此方法不会去终止 一个正在运行的线程,需要加入一个判断才能可以完成线程的停止。
interrupted 和 isInterrupted
interrupted : 判断当前线程是否已经中断,会清除状态。
isInterrupted :判断线程是否已经中断,不会清除状态。
yield
放弃当前cpu资源,将它让给其他的任务占用cpu执行时间。但放弃的时间不确定,有可能刚刚放弃,马 上又获得cpu时间片。
测试代码:(cpu独占时间片)
public class XKThread extends Thread {
@Override
public void run() {
long beginTime = System.currentTimeMillis();
int count = 0;
for (int i = 0; i < 50000000; i++) {
count = count + (i + 1);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("用时 = " + (endTime - beginTime) + " 毫秒! ");
}
public static void main(String[] args) {
XKThread xkThread = new XKThread();
xkThread.start();
}
}
结果:
用时 = 20 毫秒!
加入yield,再来测试。 (cpu让给其他资源导致速度变慢)
public class XKThread extends Thread {
@Override
public void run() {
long beginTime = System.currentTimeMillis();
int count = 0;
for (int i = 0; i < 50000000; i++) {
Thread.yield();
count = count + (i + 1);
}
long endTime = System.currentTimeMillis();
System.out.println("用时 = " + (endTime - beginTime) + " 毫秒! ");
}
public static void main(String[] args) {
XKThread xkThread = new XKThread();
xkThread.start();
}
}
结果:
用时 = 38424 毫秒!
19.线程的优先级
在操作系统中,线程可以划分优先级,优先级较高的线程得到cpu资源比较多,也就是cpu有限执行优先 级较高的线程对象中的任务,但是不能保证一定优先级高,就先执行。
Java的优先级分为1 ~10个等级,数字越大优先级越高,默认优先级大小为5。超出范围则抛出: java.lang.IllegalArgumentException。
优先级继承特性
线程的优先级具有继承性,比如a线程启动b线程, b线程与a优先级是一样的。
谁跑的更快?
设置优先级高低两个线程,累加数字,看谁跑的快,上代码。
public class Run extends Thread {
public static void main(String[] args) {
try {
ThreadLow low = new ThreadLow();
low.setPriority(2);
low.start();
ThreadHigh high = new ThreadHigh();
high.setPriority(8);
high.start();
Thread.sleep(2000);
low.stop();
high.stop();
System.out.println("low = " + low.getCount());
System.out.println("high = " + high.getCount());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class ThreadHigh extends Thread {
private int count = 0;
public int getCount() {
return count;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
count++;
}
}
}
class ThreadLow extends Thread {
private int count = 0;
public int getCount() {
return count;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
count++;
}
}
}
结果:
low = 1193854568
high = 1204372373
线程种类
Java线程有两种, 一种是用户线程, 一种是守护线程。
守护线程的特点
守护线程是一个比较特殊的线程,主要被用做程序中后台调度以及支持性工作。当Java虚拟机中不存在 非守护线程时,守护线程才会随着JVM一同结束工作。
Java中典型的守护线程
GC (垃圾回收器)
如何设置守护线程
Thread.setDaemon(true)
PS:Daemon属性需要再启动线程之前设置,不能再启动后设置。
Java虚拟机退出时Daemon线程中的finally块一定会执行?
Java虚拟机退出时Daemon线程中的finally块并不一定会执行。
代码示例:
public class XKDaemon {
public static void main(String[] args) {
Thread thread = new Thread(new DaemonRunner(), "xkDaemonRunner");
thread.setDaemon(true);
thread.start();
}
static class DaemonRunner implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
SleepUtils.sleep(10);
} finally {
System.out.println("Java小咖秀 daemonThread finally run …");
}
}
}
}
结果:
没有任何的输出,说明没有执行finally。
设置线程上下文类加载器
获取线程上下文类加载器
public ClassLoader getContextClassLoader();
设置线程类加载器(可以打破Java类加载器的父类委托机制)
public void setContextClassLoader(ClassLoader cl);
join
join是指把指定的线程加入到当前线程,比如join某个线程a,会让当前线程b进入等待,直到a的生命周期结 束,此期间b线程是处于blocked状态。
什么是synchronized?
synchronized关键字可以时间一个简单的策略来防止线程干扰和内存一致性错误,如果一个对象是对多 个线程可见的,那么对该对想的所有读写都将通过同步的方式来进行。
synchronized包括哪两个jvm重要的指令?
monitor enter 和 monitor exit
synchronized关键字用法?
可以用于对代码块或方法的修饰
synchronized锁的是什么?
普通同步方法 —————> 锁的是当前实力对象。
静态同步方法—————> 锁的是当前类的Class对象。
同步方法快 —————> 锁的是synchonized括号里配置的对象。
Java对象头
synchronized用的锁是存在Java对象头里的。对象如果是数组类型,虚拟机用3个字宽(Word)存储对象 头,如果对象是非数组类型,用2字宽存储对象头。
Tips:32位虚拟机中一个字宽等于4字节。
Java对象头长度
Java对象头的存储结构
32位JVM的Mark Word 默认存储结构
Mark Word 的状态变化
Mark Word 存储的数据会随着锁标志为的变化而变化。
64位虚拟机下, Mark Word是64bit大小的
锁的升降级规则
Java SE 1.6 为了提高锁的性能。引入了“偏向锁”和轻量级锁“。
Java SE 1.6 中锁有4种状态。级别从低到高依次是:无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态。
锁只能升级不能降级。
偏向锁
大多数情况,锁不仅不存在多线程竞争,而且总由同一线程多次获得。当一个线程访问同步块并获取锁 时,会在对象头和栈顺中记录存储锁偏向的线程ID,以后该线程在进入和退出同步块时不需要进行 cas操作来加锁和解锁,只需测试一下对象头 Mark Word里是否存储着指向当前线程的偏向锁。如果测试成 功,表示线程已经获得了锁,如果失败,则需要测试下Mark Word中偏向锁的标示是否已经设置成1 (表示当前时偏向锁),如果没有设置,则使用cas竞争锁,如果设置了,则尝试使用cas将对象头的偏向 锁只想当前线程。
关闭偏向锁延迟
java6和7中默认启用,但是会在程序启动几秒后才激活,如果需要关闭延迟,-XX:BiasedLockingStartupDelay=0。
如何关闭偏向锁
JVM参数关闭偏向锁:-XX:-UseBiasedLocking=false,那么程序默认会进入轻量级锁状态。
Tips:如果你可以确定程序的所有锁通常情况处于竞态,则可以选择关闭。
轻量级锁
线程在执行同步块, jvm会现在当前线程的栈顺中创建用于储存锁记录的空间。并将对象头中的Mark Word复制到锁记录中。然后线程尝试使用cas将对象头中的Mark Word替换为之乡锁记录的指针。如果 成功,当前线程获得锁,如果失败,表示其他线程竞争锁,当前线程便尝试使用自旋来获取锁。
轻量锁的解锁
轻量锁解锁时,会使原子操作cas将 displaced Mark Word 替换回对象头,如果成功则表示没有竞争发 生,如果失败,表示存在竞争,此时锁就会膨胀为重量级锁。
锁的优缺点对比
什么是原子操作
不可被中断的一个或一系列操作
Java如何实现原子操作
Java中通过锁和循环cas的方式来实现原子操作, JVM的CAS操作利用了处理器提供的CMPXCHG指令 来实现的。自旋CAS实现的基本思路就是循环进行CAS操作直到成功为止。
CAS实现原子操作的3大问题
ABA问题,循环时间长消耗资源大,只能保证一个共享变量的原子操作
什么是ABA问题
问题:
因为cas需要在操作值的时候,检查值有没有变化,如果没有变化则更新,如果一个值原来是A,变成了B, 又变成了A,那么使用cas进行检测时会发现发的值没有发生变化,其实是变过的。
解决:
添加版本号,每次更新的时候追加版本号, A-B-A —> 1A-2B-3A。
从jdk1.5开始,Atomic包提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA的问题。
CAS循环时间长占用资源大问题
如果jvm能支持处理器提供的pause指令,那么效率会有一定的提升。
一、它可以延迟流水线执行指令(de-pipeline),使cpu不会消耗过多的执行资源,延迟的时间取决于具体 实现的版本,有些处理器延迟时间是0。
二、它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突而引起的cpu流水线被清空,从而提高cpu执行效率。
CAS只能保证一个共享变量原子操作
一、对多个共享变量操作时,可以用锁。
二、可以把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如,x=1,k=a,合并xk=1a,然后用cas操作xk。
Tips:java 1.5开始,jdk提供了AtomicReference类来保证饮用对象之间的原子性,就可以把多个变量放在 一个对象来进行cas操作。
volatile关键字
volatile 是轻量级的synchronized,它在多处理器开发中保证了共享变量的“可见性“。
Java语言规范第3版对volatile定义如下, Java允许线程访问共享变量,为了保证共享变量能准确和一致 的更新,线程应该确保排它锁单独获得这个变量。如果一个字段被声明为volatile,Java线程内存模型所 有线程看到这个变量的值是一致的。
等待/通知机制
一个线程修改了一个对象的值,而另一个线程感知到了变化,然后进行相应的操作。
wait
方法wait()的作用是使当前执行代码的线程进行等待, wait()是Object类通用的方法,该方法用来将当前 线程置入“预执行队列” 中,并在 wait()所在的代码处停止执行,直到接到通知或中断为止。
在调用wait之前线程需要获得该对象的对象级别的锁。代码体现上,即只能是同步方法或同步代码块 内。调用wait()后当前线程释放锁。
notify
notify()也是Object类的通用方法,也要在同步方法或同步代码块内调用,该方法用来通知哪些可能灯光 该对象的对象锁的其他线程,如果有多个线程等待,则随机挑选出其中一个呈wait状态的线程,对其发 出 通知 notify,并让它等待获取该对象的对象锁。
notify/notifyAll
notify等于说将等待队列中的一个线程移动到同步队列中,而notifyAll是将等待队列中的所有线程全部 移动到同步队列中。
等待/通知经典范式
等待
synchronized(obj){
while (条件不满足) {
obj.wait();
}
执行对应逻辑
}
通知
synchronized(obj){
改变条件
obj.notifyAll();
}
ThreadLocal
主要解决每一个线程想绑定自己的值,存放线程的私有数据。
ThreadLocal使用
获取当前的线程的值通过get(),设置set(T) 方式来设置值。
public class XKThreadLocal {
public static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal();
public static void main(String[] args) {
if (threadLocal.get() == null) {
System.out.println("未设置过值");
threadLocal.set("Java小咖秀 ");
}
System.out.println(threadLocal.get());
}
}
输出:
未设置过值Java小咖秀
Tips:默认值为null
解决get()返回null问题
通过继承重写initialValue()方法即可。
代码实现:
public class ThreadLocalExt extends ThreadLocal {
static ThreadLocalExt threadLocalExt = new ThreadLocalExt();
@Override
protected Object initialValue() {
return "Java小咖秀";
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(threadLocalExt.get());
}
}
输出结果:
Java小咖秀
Lock接口
锁可以防止多个线程同时共享资源。Java5前程序是靠synchronized实现锁功能。Java5之后,并发包新 增Lock接口来实现锁功能。
Lock接口提供 synchronized不具备的主要特性
重入锁 ReentrantLock
支持重进入的锁,它表示该锁能够支持一个线程对资源的重复加锁。除此之外,该锁的还支持获取锁时 的公平和非公平性选择。
重进入是什么意思?
重进入是指任意线程在获取到锁之后能够再次获锁而不被锁阻塞。
该特性主要解决以下两个问题:
一、锁需要去识别获取锁的线程是否为当前占据锁的线程,如果是则再次成功获取。
二、所得最终释放。线程重复n次是获取了锁,随后在第n次释放该锁后,其他线程能够获取到该锁。
ReentrantLock默认锁?
默认非公平锁
代码为证:
public class ThreadLocalExt extends ThreadLocal {
final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
final Thread current = Thread.currentThread();
int c = getState();
if (c == 0) {
if (compareAndSetState(0, acquires)) {
setExclusiveOwnerThread(current);
return true;
}
} else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
int nextc = c + acquires;
if (nextc < 0) // overflow
throw new Error("Maximum lock count exceeded");
setState(nextc);
return true;
}
return false;
}
}
公平锁和非公平锁的区别
公平性与否针对获取锁来说的,如果一个锁是公平的,那么锁的获取顺序就应该符合请求的绝对时间顺 序,也就是FIFO。
读写锁
读写锁允许同一时刻多个读线程访问,但是写线程和其他写线程均被阻 塞。读写锁维护一个读锁一个写锁,读写分离,并发性得到了提升。
Java中提供读写锁的实现类是ReentrantReadWriteLock。
LockSupport工具
定义了一组公共静态方法,提供了最基本的线程阻塞和唤醒功能。
Condition接口
提供了类似Object监视器方法,与 Lock配合使用实现等待/通知模式。
Condition使用
代码示例:
public class XKCondition {
Lock lock = new ReentrantLock();
Condition cd = lock.newCondition();
public void await() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
cd.await();//相当于Object 方法中的wait()
} finally {
lock.unlock();
}
}
public void signal() {
lock.lock();
try {
cd.signal(); //相当于Object 方法中的notify()
} finally {
lock.unlock();
}
}
}
ArrayBlockingQueue?
一个由数据支持的有界阻塞队列,此队列FIFO原则对元素进行排序。队列头部在队列中存在的时间最 长,队列尾部存在时间最短。
PriorityBlockingQueue?
一个支持优先级排序的无界阻塞队列,但它不会阻塞数据生产者,而只会在没有可消费的数据时,阻塞 数据的消费者。
DelayQueue?
是一个支持延时获取元素的使用优先级队列的实现的无界阻塞队列。队列中的元素必须实现Delayed接 口和 Comparable接口,在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。
Java并发容器,你知道几个?
ConcurrentHashMap 、CopyOnWriteArrayList 、CopyOnWriteArraySet 、ConcurrentLinkedQueue、ConcurrentLinkedDeque 、ConcurrentSkipListMap 、ConcurrentSkipListSet 、ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue 、LinkedBlockingDeque 、PriorityBlockingQueue 、SynchronousQueue、LinkedTransferQueue 、DelayQueue
ConcurrentHashMap
并发安全版HashMap,java7中采用分段锁技术来提高并发效率,默认分16段。Java8放弃了分段锁,采用 CAS,同时当哈希冲突时,当链表的长度到8时,会转化成红黑树。(如需了解细节,见jdk中代码)
ConcurrentLinkedQueue
基于链接节点的无界线程安全队列,它采用先进先出的规则对节点进行排序,当我们添加一个元素的时 候,它会添加到队列的尾部,当我们获取一个元素时,它会返回队列头部的元素。它采用cas算法来实 现。(如需了解细节,见jdk中代码)
什么是阻塞队列?
阻塞队列是一个支持两个附加操作的队列,这两个附加操作支持阻塞的插入和移除方法。
1、支持阻塞的插入方法:当队列满时,队列会阻塞插入元素的线程,直到队列不满。
2、支持阻塞的移除方法:当队列空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。
阻塞队列常用的应用场景?
常用于生产者和消费者场景,生产者是往队列里添加元素的线程,消费者是从队列里取元素的线程。阻 塞队列正好是生产者存放、消费者来获取的容器。
Java里的阻塞的队列
- ArrayBlockingQueue:数组结构组成的&有界阻塞队列
- LinkedBlockingQueue:链表结构组成的&有界阻塞队列
- PriorityBlockingQueue: 支持优先级排序&无界阻塞队列
- DelayQueue:优先级队列实现&无界阻塞队列
- SynchronousQueue:不存储元素&阻塞队列
- LinkedTransferQueue:链表结构组成&无界阻塞队列
- LinkedBlockingDeque:链表结构组成&双向阻塞队列
Fork/Join
java7提供的一个用于并行执行任务的框架,把一个大任务分割成若干个小任务,最终汇总每个小任务结 果的后得到大任务结果的框架。
工作窃取算法
是指某个线程从其他队列里窃取任务来执行。当大任务被分割成小任务时,有的线程可能提前完成任务,此时闲着不如去帮其他没完成工作线程。此时可以去其他队列窃取任务,为了减少竞争,通常使用 双端队列,被窃取的线程从头部拿,窃取的线程从尾部拿任务执行。
工作窃取算法的有缺点
优点:充分利用线程进行并行计算,减少了线程间的竞争。
缺点:有些情况下还是存在竞争,比如双端队列中只有一个任务。这样就消耗了更多资源。
Java中原子操作更新基本类型,Atomic包提供了哪几个类?
- AtomicBoolean:原子更新布尔类型
- AtomicInteger:原子更新整形
- AtomicLong:原子更新长整形
Java中原子操作更新数组,Atomic包提供了哪几个类?
- AtomicIntegerArray: 原子更新整形数据里的元素
- AtomicLongArray: 原子更新长整形数组里的元素
- AtomicReferenceArray: 原子更新饮用类型数组里的元素
- AtomicIntegerArray: 主要提供原子方式更新数组里的整形
Java中原子操作更新引用类型,Atomic包提供了哪几个类?
如果原子需要更新多个变量,就需要用引用类型了。
- AtomicReference : 原子更新引用类型。
- AtomicReferenceFieldUpdater: 原子更新引用类型里的字段。
- AtomicMarkableReference: 原子更新带有标记位的引用类型。标记位用boolean类型表示,构造方法时 AtomicMarkableReference(V initialRef,boolean initialMark)
Java中原子操作更新字段类, Atomic包提供了哪几个类?
- AtomiceIntegerFieldUpdater: 原子更新整形字段的更新器
- AtomiceLongFieldUpdater: 原子更新长整形字段的更新器
- AtomiceStampedFieldUpdater: 原子更新带有版本号的引用类型,将整数值
JDK并发包中提供了哪几个比较常见的处理并发的工具类?
- 提供并发控制手段: CountDownLatch 、CyclicBarrier 、Semaphore
- 线程间数据交换: Exchanger
CountDownLatch
允许一个或多个线程等待其他线程完成操作。CountDownLatch的构造函数接受一个int类型的参数作为计数器,你想等待n个点完成,就传入n。
两个重要的方法:
- countDown() : 调用时, n会减1。
- await() : 调用会阻塞当前线程,直到n变成0。
- await(longtime,TimeUnit unit) : 等待特定时间后,就不会继续阻塞当前线程。
tips:计数器必须大于等于0,当为0时, await就不会阻塞当前线程。不提供重新初始化或修改内部计数器的值的功能。
CyclicBarrier
可循环使用的屏障。让一组线程到达一个屏障样也可以叫同步点)时被阻塞,直到最后一个线程到达屏障时,屏障才会开 门,所有被屏障拦截的线程才会继续运行。
CyclicBarrier默认构造放时CyclicBarrier(intparities) ,其参数表示屏障拦截的线程数量,每个线程调用 await方法告诉CyclicBarrier我已经到达屏障,然后当前线程被阻塞。
CountDownLatch与CyclicBarrier区别
CountDownLatch:
计数器:计数器只能使用一次。
等待: 一个线程或多个等待另外n个线程完成之后才能执行。
CyclicBarrier:
计数器:计数器可以重置样通过reset()方法)。
等待: n个线程相互等待,任何一个线程完成之前,所有的线程都必须等待。
Semaphore
用来控制同时访问资源的线程数量,通过协调各个线程,来保证合理的公共资源的访问。
应用场景:流量控制,特别是公共资源有限的应用场景,比如数据链接,限流等。
Exchanger
Exchanger是一个用于线程间协作的工具类,它提供一个同步点,在这个同步点上,两个线程可以交换 彼此的数据。比如第一个线程执行exchange()方法,它会一直等待第二个线程也执行exchange,当两个 线程都到同步点,就可以交换数据了。
一般来说为了避免一直等待的情况,可以使用exchange(Vx,longtimeout,TimeUnit unit),设置最大等待时间。
Exchanger可以用于遗传算法。
为什么使用线程池
几乎所有需要异步或者并发执行任务的程序都可以使用线程池。合理使用会给我们带来以下好处。
- 降低系统消耗:重复利用已经创建的线程降低线程创建和销毁造成的资源消耗。
- 提高响应速度: 当任务到达时,任务不需要等到线程创建就可以立即执行。
- 提供线程可以管理性: 可以通过设置合理分配、调优、监控。
线程池工作流程
- 判断核心线程池里的线程是否都有在执行任务,否->创建一个新工作线程来执行任务。是->走下个流程。
- 判断工作队列是否已满,否->新任务存储在这个工作队列里,是->走下个流程。
- 判断线程池里的线程是否都在工作状态,否->创建一个新的工作线程来执行任务,是->走下个流程。
- 按照设置的策略来处理无法执行的任务。
创建线程池参数有哪些,作用?
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
}
1.corePoolSize:核心线程池大小,当提交一个任务时,线程池会创建一个线程来执行任务,即使其他空 闲的核心线程能够执行新任务也会创建,等待需要执行的任务数大于线程核心大小就不会继续创建。
2.maximumPoolSize:线程池最大数,允许创建的最大线程数,如果队列满了,并且已经创建的线程数小 于最大线程数,则会创建新的线程执行任务。如果是无界队列,这个参数基本没用。
3.keepAliveTime: 线程保持活动时间,线程池工作线程空闲后,保持存活的时间,所以如果任务很多, 并且每个任务执行时间较短,可以调大时间,提高线程利用率。
4.unit: 线程保持活动时间单位,天 (DAYS)、小时(HOURS)、分钟(MINUTES、毫秒 MILLISECONDS)、微秒(MICROSECONDS)、纳秒(NANOSECONDS)
5.workQueue: 任务队列,保存等待执行的任务的阻塞队列。
一般来说可以选择如下阻塞队列:
- ArrayBlockingQueue:基于数组的有界阻塞队列。
- LinkedBlockingQueue:基于链表的阻塞队列。
- SynchronizedQueue:一个不存储元素的阻塞队列。
- PriorityBlockingQueue:一个具有优先级的阻塞队列。
6.threadFactory:设置创建线程的工厂,可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名 字。
7. handler: 饱和策略也叫拒绝策略。当队列和线程池都满了,即达到饱和状态。所以需要采取策略来处
理新的任务。默认策略是AbortPolicy。
- AbortPolicy:直接抛出异常。
- CallerRunsPolicy: 调用者所在的线程来运行任务。
- DiscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务。
- DiscardPolicy:不处理,直接丢掉。
- 当然可以根据自己的应用场景,实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。
向线程池提交任务
可以使用execute()和submit() 两种方式提交任务。
- execute():无返回值,所以无法判断任务是否被执行成功。
- submit():用于提交需要有返回值的任务。线程池返回一个future类型的对象,通过这个future对象可以 判断任务是否执行成功,并且可以通过future的get()来获取返回值, get()方法会阻塞当前线程知道任务 完成。 get(longtimeout,TimeUnit unit)可以设置超市时间。
关闭线程池
- 可以通过shutdown()或shutdownNow()来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工作线程,然后 逐个调用线程的interrupt来中断线程,所以无法响应终端的任务可以能永远无法停止。
- shutdownNow首先将线程池状态设置成STOP,然后尝试停止所有的正在执行或者暂停的线程,并返回等 待执行任务的列表。
- shutdown只是将线程池的状态设置成shutdown状态,然后中断所有没有正在执行任务的线程。
- 只要调用两者之一,isShutdown就会返回true,当所有任务都已关闭, isTerminaed就会返回true。
- 一般来说调用shutdown方法来关闭线程池,如果任务不一定要执行完,可以直接调用shutdownNow方法。
线程池如何合理设置
配置线程池可以从以下几个方面考虑。
- 任务是cpu密集型、 IO密集型或者混合型
- 任务优先级,高中低。
- 任务时间执行长短。
- 任务依赖性:是否依赖其他系统资源。
cpu密集型可以配置可能小的线程,比如 n + 1个线程。
io密集型可以配置较多的线程,如 2n个线程。
混合型可以拆成io密集型任务和cpu密集型任务,
Executor
从JDK5开始,把工作单元和执行机制分开。工作单元包括Runnable和Callable,而执行机制由Executor框 架提供。
Executor框架的主要成员
- ThreadPoolExecutor :可以通过工厂类Executors来创建。
- 可以创建3种类型的ThreadPoolExecutor :SingleThreadExecutor 、FixedThreadPool、 CachedThreadPool。
- ScheduledThreadPoolExecutor :可以通过工厂类Executors来创建。
- 可以创建2中类型的ScheduledThreadPoolExecutor :ScheduledThreadPoolExecutor、 SingleThreadScheduledExecutor
- Future接口:Future和实现Future接口的FutureTask类来表示异步计算的结果。
- Runnable和Callable:它们的接口实现类都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor 执行。 Runnable不能返回结果, Callable可以返回结果。
FixedThreadPool
可重用固定线程数的线程池。
查看源码:
public static return new ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
corePoolSize 和maxPoolSize都被设置成我们设置的nThreads。
当线程池中的线程数大于corePoolSize,keepAliveTime为多余的空闲线程等待新任务的最长时间,超过这个时间后多余的线程将被终止,如果设为0,表示多余的空闲线程会立即终止。
工作流程:
- 当前线程少于corePoolSize,创建新线程执行任务。
- 当前运行线程等于corePoolSize,将任务加入LinkedBlockingQueue。
- 线程执行完1中的任务,会循环反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。
LinkedBlockingQueue作为线程池工作队列(默认容量Integer.MAX_VALUE)。因此可能会造成如下影响。
- 当线程数等于corePoolSize时,新任务将在队列中等待,因为线程池中的线程不会超过corePoolSize。
- maxnumPoolSize等于说是一个无效参数。
- keepAliveTime等于说也是一个无效参数。
- 运行中的FixedThreadPool(未执行shundown或shundownNow))则不会调用拒绝策略。
- 由于任务可以不停的加到队列,当任务越来越多时很容易造成OOM。
SingleThreadExecutor
是使用单个worker线程的Executor。
查看源码:
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
corePoolSize和maxnumPoolSize被设置为1。其他参数和FixedThreadPool相同。
执行流程以及造成的影响同FixedThreadPool.
CachedThreadPool
根据需要创建新线程的线程池。
查看源码:
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
corePoolSize设置为0 ,maxmumPoolSize为Integer.MAX_VALUE 。keepAliveTime为60秒。
工作流程:
- 首先执行SynchronousQueue.offer (Runnable task)。如果当前maximumPool 中有空闲线程正在执行SynchronousQueue.poll(keepAliveTIme,TimeUnit.NANOSECONDS),那么主线程执行offer操作与空 闲线程执行的poll操作配对成功,主线程把任务交给空闲线程执行,execute方 法执行完成;否则执行下面 的步骤2。
- 当初始maximumPool为空或者maximumPool中当前没有空闲线程时,将没有线程执行SynchronousQueue.poll (keepAliveTime ,TimeUnit.NANOSECONDS)。这种情况下,步骤 1将失 败。此时CachedThreadPool会创建一个新线程执行任务, execute()方法执行完成。
- 在步骤2中新创建的线程将任务执行完后,会执行SynchronousQueue.poll (keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS)。这个poll操作会让空闲线程最多在SynchronousQueue中等待60秒钟。如 果60秒钟内主线程提交了一个新任务(主线程执行步骤1),那么这个空闲线程将执行主线程提交的新任务;否则,这个空闲线程将终止。由于空闲60秒的空闲线程会被终止, 因此长时间保持空闲的 CachedThreadPool不会使用任何资源。一般来说它适合处理时间短、大量的任务。