卡斯特梅的雨伞

Java高并发系列——检视阅读

参考

java高并发系列

liaoxuefeng Java教程 CompletableFuture

AQS原理没讲，需要找资料补充。

JUC中常见的集合原来没讲，比如ConcurrentHashMap最常用的，后面的都很泛，没有深入，虎头蛇尾。

阻塞队列讲得不够深入。

并发概念词

同步（Synchronous）和异步（Asynchronous）

同步和异步通常来形容一次方法调用，同步方法调用一旦开始，调用者必须等到方法调用返回后，才能继续后续的行为。异步方法调用更像一个消息传递，一旦开始，方法调用就会立即返回，调用者就可以继续后续的操作。

举例：

拿泡泡面来说，我们把整个泡泡面的过程分3个步骤：

烧水
泡面加调味加蛋
倒开水泡面

如果我们泡泡面的时候是按照这三个步骤，等开水开了再加调味加蛋，最后倒开水泡面，这时候就是同步步骤；而如果我们烧开水的同时把泡面加调味加蛋准备好，就可以省去烧水的同步等待时间，这就是异步。

并发（Concurrency）和并行（Parallelism）

并发和并行是两个非常容易被混淆的概念。他们都可以表示两个或者多个任务一起执行，但是侧重点有所不同。并发偏重于多个任务交替执行，而多个任务之间有可能还是串行的（等待阻塞等），而并行是真正意义上的“同时执行” 。

举例：

大家排队在一个咖啡机上接咖啡，交替执行，是并发；两台咖啡机上面接咖啡，是并行。

并发说的是在一个时间段内，多件事情在这个时间段内交替执行。

并行说的是多件事情在同一个时刻同时发生。

如果系统内只有一个CPU，而使用多进程或者多线程任务，那么真实环境中这些任务不可能是真实并行的，毕竟一个CPU一次只能执行一条指令，在这种情况下多进程或者多线程就是并发的，而不是并行的（操作系统会不停地切换多任务）。

临界区

临界区用来表示一种公共资源或者说共享数据，可以被多个线程使用，但是每一次只能有一个线程使用它，一旦临界区资源被占用，其他线程要想使用这个资源就必须等待。

阻塞（Blocking）和非阻塞（Non-Blocking）

阻塞和非阻塞通常用来形容很多线程间的相互影响。比如一个线程占用了临界区资源，那么其他所有需要这个资源的线程就必须在这个临界区中等待。等待会导致线程挂起，这种情况就是阻塞。非阻塞的意思与之相反，它强调没有一个线程可以妨碍其他线程执行，所有的线程都会尝试不断向前执行。

死锁（Deadlock）、饥饿（Starvation）和活锁（Livelock）

死锁、饥饿和活锁都属于多线程的活跃性问题。

死锁：两个线程都持有独占的资源（锁），同时又互相尝试获取对方独占的资源（锁），这时候双方都没有释放自己的独占资源，导致永远也获取不到阻塞等待下去。

饥饿是指某一个或者多个线程因为种种原因无法获得所要的资源，导致一直无法执行。一种比如它的优先级可能太低，而高优先级的线程不断抢占它需要的资源，导致低优先级线程无法工作。另一种如某一个线程一直占着关键资源不放（例子：单线程池里submit一个线程任务，而该线程又往该单线程池里submit一个新的任务并等待结果返回，因为线程池是单线程池，所以便一种套娃着），导致其他需要这个资源的线程无法正常执行，这种情况也是饥饿的一种。与死锁相比，饥饿还是有可能在未来一段时间内解决的（比如，高优先级的线程已经完成任务，不再疯狂执行）。

活锁：当两个线程都秉承着“谦让”的原则（导致死循环），主动将资源释放给他人使用，那么就会导致资源不断地在两个线程间跳动，而没有一个线程可以同时拿到所有资源正常执行。这种情况就是活锁。

扩展

通过jstack查看到死锁信息

1、使用jps找到执行代码的进程ID，启动类名为DeadLockTest（main函数所在类）的进程ID为11084 
jps
2、通过jstack命令找到java进程中死锁的线程锁信息，执行jstack -l 11084 
jstack -l 11084

最后输出：
===================================================
"thread2":
        at com.self.current.DeadLockTest$SynAddRunalbe.run(DeadLockTest.java:331)
        - waiting to lock <0x000000076b77e048> (a com.self.current.DeadLockTest$Obj1)
        - locked <0x000000076b780358> (a com.self.current.DeadLockTest$Obj2)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
"thread1":
        at com.self.current.DeadLockTest$SynAddRunalbe.run(DeadLockTest.java:282)
        - waiting to lock <0x000000076b780358> (a com.self.current.DeadLockTest$Obj2)
        - locked <0x000000076b77e048> (a com.self.current.DeadLockTest$Obj1)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

并发级别

由于临界区的存在，多线程之间的并发必须受到控制。根据控制并发的策略，我们可以把并发的级别分为阻塞、无饥饿、无障碍、无锁、无等待5种。

阻塞——悲观锁

一个线程是阻塞的，那么在其他线程释放资源之前，当前线程无法继续执行。当我们使用synchronized关键字或者重入锁时，我们得到的就是阻塞的线程。

synchronize关键字和重入锁都试图在执行后续代码前，得到临界区的锁，如果得不到，线程就会被挂起等待，直到占有了所需资源为止。

例子：synchronize或ReentrantLock。

无饥饿(Starvation-Free)——公平与非公平锁

表示非公平锁与公平锁两种情况。如果线程之间是有优先级的，那么线程调度的时候总是会倾向于先满足高优先级的线程。

对于非公平锁来说，系统允许高优先级的线程插队。这样有可能导致低优先级线程产生饥饿。但如果锁是公平的，按照先来后到的规则，那么饥饿就不会产生。

例子：ReentrantLock 默认采用非公平锁，除非在构造方法中传入参数 true 。

//默认
public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}
//传入true or false
public ReentrantLock(boolean fair) {
    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();
}

无障碍(Obstruction-Free)——乐观锁CAS

无障碍是一种最弱的非阻塞调度。两个线程如果无障碍地执行，那么不会因为临界区的问题导致一方被挂起。

对于无障碍的线程来说，一旦检测到这种情况，它就会立即对自己所做的修改进行回滚，确保数据安全。但如果没有数据竞争发生，那么线程就可以顺利完成自己的工作，走出临界区。

无障碍的多线程程序并不一定能顺畅运行。因为当临界区中存在严重的冲突时，所有的线程可能都会不断地回滚自己的操作，而没有一个线程可以走出临界区。这种情况会影响系统的正常执行。所以，一种可行的无障碍实现可以依赖一个"一致性标记"来实现。

数据库中乐观锁（通过版本号或者时间戳实现）。表中需要一个字段version(版本号)，每次更新数据version+1，更新的时候将版本号作为条件进行更新，根据更新影响的行数判断更新是否成功，伪代码如下：

1.查询数据，此时版本号为w_v
2.打开事务
3.做一些业务操作
//此行会返回影响的行数c
4.update t set version = version+1 where id = 记录id and version = w_v;
5.if(c>0){        //提交事务    }else{        //回滚事务    }

多个线程更新同一条数据的时候，数据库会对当前数据加锁，同一时刻只有一个线程可以执行更新语句。

无锁(Lock-Free)

无锁的并发都是无障碍的。在无锁的情况下，所有的线程都能尝试对临界区进行访问，但不同的是，无锁的并发保证必然有一个线程能够在有限步内完成操作离开临界区。（注意有限步）

在无锁的调用中，一个典型的特点是可能会包含一个无穷循环。在这个循环中，线程会不断尝试修改共享变量。如果没有冲突，修改成功，那么程序退出，否则继续尝试修改。但无论如何，无锁的并行总能保证有一个线程是可以胜出的，不至于全军覆没。至于临界区中竞争失败的线程，他们必须不断重试，直到自己获胜。如果运气很不好，总是尝试不成功，则会出现类似饥饿的先写，线程会停止。（并发量太大时会出现饥饿，这时候有必要改成阻塞锁）

下面就是一段无锁的示意代码，如果修改不成功，那么循环永远不会停止。

while(!atomicVar.compareAndSet(localVar, localVar+1)){        localVal = atomicVar.get();}

无等待——读写锁

无锁只要求有一个线程可以在有限步内完成操作，而无等待则在无锁的基础上更进一步扩展。无等待要求所有线程都必须在有限步内完成，这样不会引起饥饿问题。如果限制这个步骤的上限，对循环次数的限制不同。分为为

有界无等待
线程数无关的无等待。

一种典型的无等待结果就是RCU(Read Copy Update)。它的基本思想是，对数据的读可以不加控制。因此，所有的读线程都是无等待的，它们既不会被锁定等待也不会引起任何冲突。但在写数据的时候，先获取原始数据的副本，接着只修改副本数据(这就是为什么读可以不加控制)，修改完成后，在合适的时机回写数据。

并行的两个重要定律

为什么要使用并行程序？

第一，为了获得更好的性能；

第二，由于业务模型的需要，确实需要多个执行实体。

关于并行程序对性能的提高定律有二，Amdahl(阿姆达尔)定律和Gustafson（古斯塔夫森）定律。

加速比定义：加速比 = 优化前系统耗时 / 优化后系统耗时

根据Amdahl定律，使用多核CPU对系统进行优化，优化的效果取决于CPU的数量，以及系统中串行化程序的比例。CPU数量越多，串行化比例越低，则优化效果越好。仅提高CPU数量而不降低程序的串行化比例，也无法提高系统的性能。

根据Gustafson定律，我们可以更容易地发现，如果串行化比例很小，并行化比例很大，那么加速比就是处理器的个数。只要不断地累加处理器，就能获得更快的速度。

总结

Gustafson定律和Amdahl定律的角度不同

Amdahl强调：当串行换比例一定时，加速比是有上限的，不管你堆叠多少个CPU参与计算，都不能突破这个上限。

Gustafson定律强调：如果可被并行化的代码所占比例足够大，那么加速比就能随着CPU的数量线性增长。

总的来说，提升性能的方法：想办法提升系统并行的比例（减少串行比例），同时增加CPU数量。

附图：

Amdahl公式的推倒过程

其中n表示处理器个数，T表示时间，T1表示优化前耗时(也就是只有1个处理器时的耗时)，Tn表示使用n个处理器优化后的耗时。F是程序中只能串行执行的比例。

Gustafson公式的推倒过程

并发编程中JMM相关的一些概念

JMM(JAVA Memory Model：Java内存模型)，由于并发程序要比串行程序复杂很多，其中一个重要原因是并发程序中数据访问一致性和安全性将会受到严重挑战。如何保证一个线程可以看到正确的数据呢？

Q:如何保证一个线程可以看到正确的数据呢？

A:通过Java内存模型管理，JMM关键技术点都是围绕着多线程的原子性、可见性、有序性来建立的。

原子性

原子性是指操作是不可分的，要么全部一起执行，要么不执行。java中实现原子操作的方法大致有2种：锁机制、无锁CAS机制。

可见性

可见性是指一个线程对共享变量的修改，对于另一个线程来说是否是可见的。

看一下java线程内存模型及规则：

我们定义的所有变量都储存在主内存中。
每个线程都有自己独立的工作内存，里面保存该线程使用到的变量的副本（主内存中该变量的一份拷贝）
线程对共享变量所有的操作都必须在自己的工作内存中进行，不能直接从主内存中读写（不能越级）
不同线程之间也无法直接访问其他线程的工作内存中的变量，线程间变量值的传递需要通过主内存来进行。（同级不能相互访问）

例子：线程需要修改一个共享变量X，需要先把X从主内存复制一份到线程的工作内存，在自己的工作内存中修改完毕之后，再从工作内存中回写到主内存。如果线程对变量的操作没有刷写回主内存的话，仅仅改变了自己的工作内存的变量的副本，那么对于其他线程来说是不可见的。而如果另一个线程的变量没有读取主内存中的新的值，而是使用旧的值的话，同样的也可以列为不可见。

共享变量可见性的实现原理：

线程A对共享变量的修改要被线程B及时看到的话，需要进过以下2个步骤：

1.线程A在自己的工作内存中修改变量之后，需要将变量的值刷新到主内存中。

2.线程B要把主内存中变量的值更新到工作内存中。

关于线程可见性的控制，可以使用volatile、synchronized、锁来实现。

有序性

有序性指的是程序按照代码的先后顺序执行。这是因为为了性能优化，编译器和处理器会进行指令重排序，有时候会改变程序语句的先后顺序。

例子：

在单例模式的实现上有一种双重检验锁定的方式，因为指令重排导致获取并发时获取到的单例可能是未正确初始化的单例。代码如下：

public class Singleton {
  static Singleton instance;
  static Singleton getInstance(){
    if (instance == null) {
      synchronized(Singleton.class) {
        if (instance == null)
          instance = new Singleton();
        }
    }
    return instance;
  }
}

我们先看 instance=newSingleton();

未被编译器优化的操作：

指令1：分配一款内存M
指令2：在内存M上初始化Singleton对象
指令3：将M的地址赋值给instance变量

编译器优化后的操作指令：

指令1：分配一块内存M
指令2：将M的地址赋值给instance变量
指令3：在内存M上初始化Singleton对象

现在有2个线程，刚好执行的代码被编译器优化过，过程如下：

最终线程B获取的instance是没有初始化的，此时去使用instance可能会产生一些意想不到的错误。

可以使用volatile修饰变量或者换成采用静态内部内的方式实现单例。

深入理解进程和线程

进程

进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

进程具有的特征：

动态性：进程是程序的一次执行过程，是临时的，有生命期的，是动态产生，动态消亡的
并发性：任何进程都可以同其他进行一起并发执行
独立性：进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
结构性：进程由程序，数据和进程控制块三部分组成

线程

线程是轻量级的进程，是程序执行的最小单元，使用多线程而不是多进程去进行并发程序的设计，是因为线程间的切换和调度的成本远远小于进程。

我们用一张图来看一下线程的状态图：

Java中线程的状态分为6种，在java.lang.Thread中的State枚举中有定义，如：

public enum State {    NEW,    RUNNABLE,    BLOCKED,    WAITING,    TIMED_WAITING,    TERMINATED;}

Java线程的6种状态及切换

1. 初始(NEW)：表示刚刚创建的线程，但还没有调用start()方法。
2. 运行(RUNNABLE)：运行状态.Java线程中将就绪（ready）和运行中（running）两种状态笼统的称为“运行”。
线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取CPU的使用权，此时处于就绪状态（ready）。就绪状态的线程在获得CPU时间片后变为运行中状态（running）。
3. 阻塞(BLOCKED)：阻塞状态,表示线程阻塞于锁。当线程在执行的过程中遇到了synchronized同步块，但这个同步块被其他线程已获取还未释放时，当前线程将进入阻塞状态，会暂停执行，直到获取到锁。当线程获取到锁之后，又会进入到运行状态（RUNNABLE）(维护在同步队列中)
4. 等待(WAITING)：等待状态。进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。和TIMED_WAITING都表示等待状态，区别是WAITING会进入一个无时间限制的等，而TIMED_WAITING会进入一个有限的时间等待，那么等待的线程究竟在等什么呢？一般来说，WAITING的线程正式在等待一些特殊的事件，比如，通过wait()方法等待的线程在等待notify()方法，而通过join()方法等待的线程则会等待目标线程的终止。一旦等到期望的事件，线程就会再次进入RUNNABLE运行状态。(维护在等待队列中)
5. 超时等待(TIMED_WAITING)：超时等待状态。该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间后自行返回。
6. 终止(TERMINATED)：结束状态,表示该线程已经执行完毕。

几个方法的比较
Thread.sleep(long millis)，一定是当前线程调用此方法，当前线程进入TIMED_WAITING状态，但不释放对象锁，millis后线程自动苏醒进入就绪状态。作用：给其它线程执行机会的最佳方式。
Thread.yield()，一定是当前线程调用此方法，当前线程放弃获取的CPU时间片，但不释放锁资源，由运行状态变为就绪状态，让OS再次选择线程。作用：让相同优先级的线程轮流执行，但并不保证一定会轮流执行。实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。Thread.yield()不会导致阻塞。该方法与sleep()类似，只是不能由用户指定暂停多长时间。
thread.join()/thread.join(long millis)，当前线程里调用其它线程t的join方法，当前线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态，当前线程不会释放已经持有的对象锁。线程t执行完毕或者millis时间到，当前线程一般情况下进入RUNNABLE状态，也有可能进入BLOCKED状态（因为join是基于wait实现的）。
obj.wait()，当前线程调用对象的wait()方法，当前线程释放对象锁，进入等待队列。依靠notify()/notifyAll()唤醒或者wait(long timeout) timeout时间到自动唤醒。
obj.notify()唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，选择是任意性的。notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。
LockSupport.park()/LockSupport.parkNanos(long nanos),LockSupport.parkUntil(long deadlines), 当前线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态。对比wait方法,不需要获得锁就可以让线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态，需要通过LockSupport.unpark(Thread thread)唤醒。

线程的状态图

进程与线程的一个简单解释

计算机的核心是CPU，整个操作系统就像一座工厂，时刻在运行。进程就好比工厂的车间，它代表CPU所能处理的单个任务。线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。车间的空间是工人们共享的，比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的，每个线程都可以使用这些共享内存。每间房间的大小不同，有些房间最多只能容纳一个人，比如厕所。里面有人的时候，其他人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时，其他线程必须等它结束，才能使用这一块内存。一个防止他人进入的简单方法，就是门口加一把锁。先到的人锁上门，后到的人看到上锁，就在门口排队，等锁打开再进去。这就叫"互斥锁"（Mutual exclusion，缩写 Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。还有些房间，可以同时容纳n个人，比如厨房。也就是说，如果人数大于n，多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域，只能供给固定数目的线程使用。这时的解决方法，就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙，出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了，就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做"信号量"（Semaphore），用来保证多个线程不会互相冲突。

操作系统的设计，因此可以归结为三点：

（1）以多进程形式，允许多个任务同时运行；

（2）以多线程形式，允许单个任务分成不同的部分运行；

（3）提供协调机制，一方面防止进程之间和线程之间产生冲突，另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。

疑问：

Q:thread.join()/thread.join(long millis)，当前线程里调用其它线程t的join方法，当前线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态，当前线程不会释放已经持有的对象锁。线程t执行完毕或者millis时间到，当前线程一般情况下进入RUNNABLE状态，也有可能进入BLOCKED状态（因为join是基于wait实现的）。

调用其他线程的thread.join()方法，当前线程不会释放已经持有的对象锁，那如果进入了BLOCKED状态时会释放对象锁么？

线程的基本操作

新建线程

start方法是启动一个线程，run方法只会在当前线程中串行的执行run方法中的代码。

我们可以通过继承Thread类，然后重写run方法，来自定义一个线程。但考虑java是单继承的，从扩展性上来说，我们实现一个接口来自定义一个线程更好一些，java中刚好提供了Runnable接口来自定义一个线程。实现Runnable接口是比较常见的做法，也是推荐的做法。

终止线程——stop()方法已废弃

stop方法为何会被废弃而不推荐使用？stop方法过于暴力，强制把正在执行的方法停止了。

大家是否遇到过这样的场景：听着歌写着代码突然断电了。线程正在运行过程中，被强制结束了，可能会导致一些意想不到的后果。可以给大家发送一个通知，告诉大家保存一下手头的工作，将电脑关闭。

线程中断——interrupt()正确的中断线程方法

线程中断并不会使线程立即退出，而是给线程发送一个通知，告知目标线程，有人希望你退出了！至于目标线程接收到通知之后如何处理，则完全由目标线程自己决定，这点很重要，如果中断后，线程立即无条件退出，我们又会到stop方法的老问题。

Thread提供了3个与线程中断有关的方法，这3个方法容易混淆，大家注意下：

public void interrupt() //中断线程
public boolean isInterrupted() //判断线程是否被中断
public static boolean interrupted()  //判断线程是否被中断，并清除当前中断状态

interrupt()方法是一个实例方法，它通知目标线程中断，也就是设置中断标志位为true，中断标志位表示当前线程已经被中断了。

isInterrupted()方法也是一个实例方法，它判断当前线程是否被中断（通过检查中断标志位）。

interrupted()是一个静态方法，返回boolean类型，也是用来判断当前线程是否被中断，但是同时会清除当前线程的中断标志位的状态。

Q:通过变量控制和线程自带的interrupt方法来中断线程有什么区别呢？

A:如果一个线程调用了sleep方法，一直处于休眠状态，通过变量控制，是不能中断线程么，因为此时线程处于睡眠状态无法执行变量控制语句，此时只能使用线程提供的interrupt方法来中断线程了。

实例：

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Thread t1 = new Thread() {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
                } catch (InterruptedException e) {
                    //sleep方法由于中断而抛出异常之后，线程的中断标志会被清除（置为false），所以在异常中需要执行this.interrupt()方法，将中断标志位置为true
                    this.interrupt();
                    System.out.println("exception："+ e.getMessage());
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " in the end");
                break;
            }

        }
    };
    t1.setName("interrupt thread");
    t1.start();
    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    //调用interrupt()方法之后，线程的sleep方法将会抛出 InterruptedException: sleep interrupted异常。
    t1.interrupt();
}

错误写法：

注意：sleep方法由于中断而抛出异常之后，线程的中断标志会被清除（置为false），所以在异常中需要执行this.interrupt()方法，将中断标志位置为true

等待（wait）和通知（notify）

为了支持多线程之间的协作，JDK提供了两个非常重要的方法：等待wait()方法和通知notify()方法。这2个方法并不是在Thread类中的，而是在Object类中定义的。这意味着所有的对象都可以调用者两个方法。

(即只有这个对象是被当成锁来作为多线程之间的协作对象，那么在同步代码块中，线程之间就是通过等待wait()方法和通知notify()方法协作。)

public final void wait() throws InterruptedException;
public final native void notify();

如果一个线程调用了object.wait()方法，那么它就会进出object对象的等待队列。这个队列中，可能会有多个线程，因为系统可能运行多个线程同时等待某一个对象。当object.notify()方法被调用时，它就会从这个队列中随机选择一个线程，并将其唤醒。这里希望大家注意一下，这个选择是不公平的，并不是先等待线程就会优先被选择，这个选择完全是随机的。 nofiyAll()方法，它和notify()方法的功能类似，不同的是，它会唤醒在这个等待队列中所有等待的线程，而不是随机选择一个。

这里强调一点，Object.wait()方法并不能随便调用。它必须包含在对应的synchronize语句块中，无论是wait()方法或者notify()方法都需要首先获取目标独享的一个监视器。

等待wait()方法和通知notify()方法工作过程：

wait()方法和nofiy()方法的工作流程细节：

图中其中T1和T2表示两个线程。T1在正确执行wait()方法前，必须获得object对象的监视器。而wait()方法在执行后，会释放这个监视器。这样做的目的是使其他等待在object对象上的线程不至于因为T1的休眠而全部无法正常执行。

线程T2在notify()方法调用前，也必须获得object对象的监视器。所幸，此时T1已经释放了这个监视器，因此，T2可以顺利获得object对象的监视器。接着，T2执行了notify()方法尝试唤醒一个等待线程，这里假设唤醒了T1。T1在被唤醒后，要做的第一件事并不是执行后续代码，而是要尝试重新获得object对象的监视器，而这个监视器也正是T1在wait()方法执行前所持有的那个。如果暂时无法获得，则T1还必须等待这个监视器。当监视器顺利获得后，T1才可以在真正意义上继续执行。

注意：Object.wait()方法和Thread.sleeep()方法都可以让现场等待若干时间。除wait()方法可以被唤醒外，另外一个主要的区别就是wait()方法会释放目标对象的锁，而Thread.sleep()方法不会释放锁。

示例：

public class WaitNotifyTest {
    public static Object lock = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        new T1("Thread-1").start();
        new T2("Thread-2").start();
    }

    static class T1 extends Thread {
        public T1(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            synchronized (lock) {
                System.out.println(this.getName() + " start");
                try {
                    System.out.println(this.getName() + " wait");
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(this.getName() + " end");
            }
        }
    }

    static class T2 extends Thread {
        public T2(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            synchronized (lock) {
                System.out.println(this.getName() + " start");
                System.out.println(this.getName() + " notify");
                lock.notify();
                System.out.println(this.getName() + " end");
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(this.getName() + " end,2 second later");
            }
        }
    }

}

输出：

Thread-1 start
Thread-1 wait
Thread-2 start
Thread-2 notify
Thread-2 end
Thread-2 end,2 second later
Thread-1 end
注意下打印结果，T2调用notify方法之后，T1并不能立即继续执行，而是要等待T2释放objec投递锁之后，T1重新成功获取锁后，才能继续执行。因此最后2行日志相差了2秒（因为T2调用notify方法后休眠了2秒）。

可以这么理解，obj对象上有2个队列，q1：等待队列，q2：准备获取锁的队列；

挂起（suspend）和继续执行（resume）线程——方法已废弃

Thread类中还有2个方法，即线程挂起(suspend)和继续执行(resume)，这2个操作是一对相反的操作，被挂起的线程，必须要等到resume()方法操作后，才能继续执行。系统中已经标注着2个方法过时了，不推荐使用。

系统不推荐使用suspend()方法去挂起线程是因为suspend()方法导致线程暂停的同时，并不会释放任何锁资源。此时，其他任何线程想要访问被它占用的锁时，都会被牵连，导致无法正常运行（如图2.7所示）。直到在对应的线程上进行了resume()方法操作，被挂起的线程才能继续，从而其他所有阻塞在相关锁上的线程也可以继续执行。但是，如果resume()方法操作意外地在suspend()方法前就被执行了，那么被挂起的线程可能很难有机会被继续执行了。并且，更严重的是：它所占用的锁不会被释放，因此可能会导致整个系统工作不正常。而且，对于被挂起的线程，从它线程的状态上看，居然还是Runnable状态，这也会影响我们对系统当前状态的判断。

等待线程结束（join）和谦让（yeild）

很多时候，一个线程的输入可能非常依赖于另外一个或者多个线程的输出，此时，这个线程就需要等待依赖的线程执行完毕，才能继续执行。jdk提供了join()操作来实现等待线程结束。

//表示无限等待，当前线程会一直等待，直到目标线程执行完毕
public final void join() throws InterruptedException;
//millis参数用于指定等待时间，如果超过了给定的时间目标线程还在执行，当前线程也会停止等待，而继续往下执行。
public final synchronized void join(long millis) throws InterruptedException;

例子：线程T1需要等待T2、T3完成之后才能继续执行，那么在T1线程中需要分别调用T2和T3的join()方法。

示例：

public class JoinTest {
    private static int num = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1("T1");
        t1.start();
        long start = System.currentTimeMillis();
        t1.join();
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " end .user time ="+(end-start)+" ,get num=" + num);
    }

    static class T1 extends Thread {
        public T1(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(this.getName() + " start");
            for (int i = 0; i < 9; i++) {
                num++;
            }
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(this.getName() + " end");
        }
    }
}

输出：

T1 start
T1 end
main end .user time =3003 ,get num=9

Thread.yield()方法。是屈服，放弃，谦让的意思。

这是一个静态方法，一旦执行，它会让当前线程让出CPU，但需要注意的是，让出CPU并不是说不让当前线程执行了，当前线程在出让CPU后，还会进行CPU资源的争夺，但是能否再抢到CPU的执行权就不一定了。因此，对Thread.yield()方法的调用好像就是在说：我已经完成了一些主要的工作，我可以休息一下了，可以让CPU给其他线程一些工作机会了。

如果觉得一个线程不太重要，或者优先级比较低，而又担心此线程会过多的占用CPU资源，那么可以在适当的时候调用一下Thread.yield()方法，给与其他线程更多的机会。

public static native void yield();

总结

创建线程的4种方式：继承Thread类；实现Runnable接口；实现Callable接口；使用线程池创建。
启动线程：调用线程的start()方法
终止线程：调用线程的stop()方法，方法已过时，建议不要使用
线程中断相关的方法：调用线程实例interrupt()方法将中断标志置为true；使用线程实例方法isInterrupted()获取中断标志；调用Thread的静态方法interrupted()获取线程是否被中断，此方法调用之后会清除中断标志（将中断标志置为false了）
wait、notify、notifyAll方法
线程挂起使用线程实例方法suspend()，恢复线程使用线程实例方法resume()，这2个方法都过时了，不建议使用
等待线程结束：调用线程实例方法join()
让出cpu资源：调用线程静态方法yeild()

疑问：

Q:方法interrupted()是一个静态方法，返回boolean类型，也是用来判断当前线程是否被中断，但是同时会清除当前线程的中断标志位的状态。清除当前线程的中断标志位的状态是表示该线程可以不中断了么？清除当前线程的中断标志位的状态是什么意思，有什么作用？怎么使用？

Q:三个线程交替打印ABC 10次使用wait(),notifyAll()如何实现？

volatile与Java内存模型

volatile解决了共享变量在多线程中可见性的问题，可见性是指一个线程对共享变量的修改，对于另一个线程来说是否是可以看到的。

使用volatile保证内存可见性示例：

public class VolatileTest {

    //public static boolean flag = true;
    public static volatile boolean flag = true;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1("T1");
        t1.start();
        //TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        Thread.sleep(2000);
        //将flag置为false
        flag = false;
    }

    public static class T1 extends Thread {
        public T1(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(this.getName() + " start");
            while (VolatileTest.flag) {
                //奇怪现象，为什么执行输出语句在运行一会儿后会让flag=false读取到，而 ; 空循环却会导致程序无法终止呢？
                //个人觉得应该是虚拟机从解释执行转换为编译执行，这时候会重新读到flag。
                //System.out.println(this.getName() +"endless loop");
                ;
            }
            System.out.println(this.getName() + " end");
        }
    }
}

不加volatile运行上面代码，会发现程序无法终止。

Q:t1线程中为什么看不到被主线程修改之后的flag？

要解释这个，我们需要先了解一下java内存模型（JMM），Java线程之间的通信由Java内存模型（本文简称为JMM）控制，JMM决定一个线程对共享变量的写入何时对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在。它涵盖了缓存，写缓冲区，寄存器以及其他的硬件和编译器优化。

Java内存模型的抽象示意图：

线程A需要和线程B通信，必须要经历下面2个步骤：

首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。
然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。

线程t1中为何看不到被主线程修改为false的flag的值的原因，有两种可能:

主线程修改了flag之后，未将其刷新到主内存，所以t1看不到
主线程将flag刷新到了主内存，但是t1一直读取的是自己工作内存中flag的值，没有去主内存中获取flag最新的值

使用volatile修饰共享变量，就可以达到上面的效果，被volatile修改的变量有以下特点：

线程中读取的时候，每次读取都会去主内存中读取共享变量最新的值，然后将其复制到工作内存
线程中修改了工作内存中变量的副本，修改之后会立即刷新到主内存

线程组

我们可以把线程归属到某个线程组中，线程组可以包含多个线程以及线程组，线程和线程组组成了父子关系，是个树形结构。使用线程组可以方便管理线程。（线程池是不是更实在一点？）

创建线程关联线程组

创建线程的时候，可以给线程指定一个线程组。

创建线程组的时候，可以给其指定一个父线程组，也可以不指定，如果不指定父线程组，则父线程组为当前线程的线程组，系统自动获取当前线程的线程组作为默认父线程组。java api有2个常用的构造方法用来创建线程组：

public ThreadGroup(String name) public ThreadGroup(ThreadGroup parent, String name)

第一个构造方法未指定父线程组，看一下内部的实现：

public ThreadGroup(String name) {        this(Thread.currentThread().getThreadGroup(), name);    }

批量停止线程

调用线程组interrupt()，会将线程组树下的所有子孙线程中断标志置为true，可以用来批量中断线程。

建议创建线程或者线程组的时候，给他们取一个有意义的名字，在系统出问题的时候方面查询定位。

示例：

public class ThreadGroupTest {
    public static class R1 implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("threadName:" + Thread.currentThread().getName());
            while (!Thread.currentThread().isInterrupted()){
                ;
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"线程停止了");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //threadGroup1未指定父线程组，系统获取了主线程的线程组作为threadGroup1的父线程组，输出结果中是：main
        ThreadGroup threadGroup = new ThreadGroup("thread-group-1");
        Thread t1 = new Thread(threadGroup, new R1(), "t1");
        Thread t2 = new Thread(threadGroup, new R1(), "t2");
        t1.start();
        t2.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        System.out.println("活动线程数:" + threadGroup.activeCount());
        System.out.println("活动线程组:" + threadGroup.activeGroupCount());
        System.out.println("线程组名称:" + threadGroup.getName());
        ThreadGroup threadGroup2 = new ThreadGroup(threadGroup, "thread-group-2");
        Thread t3 = new Thread(threadGroup2, new R1(), "t3");
        Thread t4 = new Thread(threadGroup2, new R1(), "t4");
        t3.start();
        t4.start();
        threadGroup.list();
        //java.lang.ThreadGroup[name=main,maxpri=10] 主线程的线程组为main
        System.out.println(Thread.currentThread().getThreadGroup());
        //java.lang.ThreadGroup[name=system,maxpri=10] 根线程组为system
        System.out.println(Thread.currentThread().getThreadGroup().getParent());
        //null
        System.out.println(Thread.currentThread().getThreadGroup().getParent().getParent());

        threadGroup.interrupt();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        threadGroup.list();
    }
}

输出：

threadName:t1
threadName:t2
活动线程数:2
活动线程组:0
线程组名称:thread-group-1
java.lang.ThreadGroup[name=thread-group-1,maxpri=10]
    Thread[t1,5,thread-group-1]
    Thread[t2,5,thread-group-1]
    java.lang.ThreadGroup[name=thread-group-2,maxpri=10]
        Thread[t3,5,thread-group-2]
        Thread[t4,5,thread-group-2]
java.lang.ThreadGroup[name=main,maxpri=10]
java.lang.ThreadGroup[name=system,maxpri=10]
null
t2线程停止了
t1线程停止了
threadName:t4
threadName:t3
t4线程停止了
t3线程停止了
java.lang.ThreadGroup[name=thread-group-1,maxpri=10]
    java.lang.ThreadGroup[name=thread-group-2,maxpri=10]

用户线程和守护线程

守护线程是一种特殊的线程，在后台默默地完成一些系统性的服务，比如垃圾回收线程、JIT线程都是守护线程。与之对应的是用户线程，用户线程可以理解为是系统的工作线程，它会完成这个程序需要完成的业务操作。如果用户线程全部结束了，意味着程序需要完成的业务操作已经结束了，系统可以退出了。所以当系统只剩下守护进程的时候，java虚拟机会自动退出。

java线程分为用户线程和守护线程，线程的daemon属性为true表示是守护线程，false表示是用户线程。

线程daemon的默认值

我们看一下创建线程源码，位于Thread类的init()方法中：

Thread parent = currentThread();
this.daemon = parent.isDaemon();

dameon的默认值为为父线程的daemon，也就是说，父线程如果为用户线程，子线程默认也是用户现场，父线程如果是守护线程，子线程默认也是守护线程。

总结

java中的线程分为用户线程和守护线程
程序中的所有的用户线程结束之后，不管守护线程处于什么状态，java虚拟机都会自动退出
调用线程的实例方法setDaemon()来设置线程是否是守护线程
setDaemon()方法必须在线程的start()方法之前调用，在后面调用会报异常，并且不起效
线程的daemon默认值和其父线程一样

示例：

public class DaemonThreadTest {

    public static class T1 extends Thread {
        public T1(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(this.getName() + " start ,isDaemon= "+isDaemon());
            while (true) {
                ;
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1("T1");
        // 设置守护线程，需要在start()方法之前进行
        // t1.start()必须在setDaemon(true)之后，否则执行会报异常:Exception in thread "main" java.lang.IllegalThreadStateException
        //t1.start();
        //将t1线程设置为守护线程
        t1.setDaemon(true);
        t1.start();
        //当程序中所有的用户线程执行完毕之后，不管守护线程是否结束，系统都会自动退出。
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
    }
}

疑问：

Q:JIT线程？

A: JIT一般指准时制。准时制生产方式（Just In Time简称JIT ).JIT线程在Java中表示即时编译线程，解释执行。

在Java编程语言和环境中，即时编译器（JIT compiler，just-in-time compiler）是一个把Java的字节码（包括需要被解释的指令的程序）转换成可以直接发送给处理器的指令的程序。

线程安全和synchronized关键字

什么是线程安全？

当多个线程去访问同一个类（对象或方法）的时候，该类都能表现出一致的行为，没有意想不到的不同结果，那我们就可以所这个类是线程安全的。

造成线程安全问题的主要诱因有两点：

一是存在共享数据(也称临界资源)
二是存在多条线程共同操作共享数据

为了解决这个问题，当存在多个线程操作共享数据时，需要保证同一时刻有且只有一个线程在操作共享数据，这种方式有个高尚的名称叫互斥锁，在 Java 中，关键字 synchronized可以保证在同一个时刻，只有一个线程可以执行某个方法或者某个代码块(主要是对方法或者代码块中存在共享数据的操作)，同时我们还应该注意到synchronized另外一个重要的作用，synchronized可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到（保证可见性，完全可以替代volatile功能）

锁的互斥性表现在线程尝试获取的是否是同一个锁，相同类型不同实例的对象锁不互斥，而class类对象的锁与实例锁之间也不互斥。

synchronized主要有3种使用方式

修饰实例方法，作用于当前实例，进入同步代码前需要先获取实例的锁
修饰静态方法，作用于类的Class对象，进入修饰的静态方法前需要先获取类的Class对象的锁
修饰代码块，需要指定加锁对象(记做lockobj)，在进入同步代码块前需要先获取lockobj的锁

synchronized作用于实例对象

synchronize作用于实例方法需要注意：

实例方法上加synchronized，线程安全的前提是，多个线程操作的是同一个实例，如果多个线程作用于不同的实例，那么线程安全是无法保证的
同一个实例的多个实例方法上有synchronized，这些方法都是互斥的，同一时间只允许一个线程操作同一个实例的其中的一个synchronized方法

synchronized作用于静态方法

当synchronized作用于静态方法时，锁的对象就是当前类的Class对象。

synchronized同步代码块

方法体可能比较大，同时存在一些比较耗时的操作，而需要同步的代码又只有一小部分时使用。加锁时可以使用自定义的对象作为锁，也可以使用this对象(代表当前实例)或者当前类的class对象作为锁。

疑问：

Q:synchronized可保证一个线程的变化(主要是共享数据的变化)被其他线程所看到（保证可见性，完全可以替代volatile功能），synchronized是怎么保证可见性的呢？

Q:同一个实例的多个实例方法上有synchronized，这些方法都是互斥的，同一时间只允许一个线程操作同一个实例的其中的一个synchronized方法.验证同一时间只允许一个线程操作同一个实例的其中的一个synchronized方法是对的。

A:示例有下：

public class MethodObject {

    public synchronized void methodA() throws InterruptedException {
        System.out.println("methodA start");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        System.out.println("methodA finish");
    }

    public synchronized void methodB() throws InterruptedException {
        System.out.println("methodB start");
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        System.out.println("methodB finish");
    }

}

public class SynchronousTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MethodObject mo = new MethodObject();
        T1 t1 = new T1("T1", mo);
        T2 t2 = new T2("T2", mo);
        t1.start();
        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(300);
        t2.start();
    }

    public static class T1 extends Thread {
        private  MethodObject mo;
        public T1(String name, MethodObject mo) {
            super(name);
            this.mo = mo;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                mo.methodA();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static class T2 extends Thread {
        private  MethodObject mo;
        public T2(String name, MethodObject mo) {
            super(name);
            this.mo = mo;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                mo.methodB();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

synchronized实现原理

深入理解Java并发之synchronized实现原理

线程中断的2种方式

1、通过一个volatile修饰的变量控制线程中断

利用volatile控制的变量在多线程中的可见性，Java内存模型实现。

示例：

public class VolatileTest {

    //public static boolean flag = true;
    public static volatile boolean flag = true;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1("T1");
        t1.start();
        //TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        Thread.sleep(3000);
        //将flag置为false
        flag = false;
    }

    public static class T1 extends Thread {
        public T1(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(this.getName() + " start");
            while (VolatileTest.flag) {
                ;
            }
            System.out.println(this.getName() + " end");
        }
    }
}

2、通过线程自带的中断标志interrupt() 控制

当调用线程的interrupt()实例方法之后，线程的中断标志会被置为true，可以通过线程的实例方法isInterrupted()获取线程的中断标志。

当运行的线程处于阻塞状态时：

调用线程的interrupt()实例方法，线程的中断标志会被置为true
当线程处于阻塞状态时，调用线程的interrupt()实例方法，线程内部会触发InterruptedException异常，并且会清除线程内部的中断标志（即将中断标志置为false）

阻塞状态处理方法：这时候应该在catch中再调用this.interrupt();一次，将中断标志置为true。然后在run()方法中通过this.isInterrupted()来获取线程的中断标志，退出循环break。

总结

当一个线程处于被阻塞状态或者试图执行一个阻塞操作时，可以使用 Thread.interrupt()方式中断该线程，注意此时将会抛出一个InterruptedException的异常，同时中断状态将会被复位(由中断状态改为非中断状态)。阻塞状态线程要通过线程自带的中断标志interrupt() 控制中断。
内部有循环体，可以通过一个变量来作为一个信号控制线程是否中断，注意变量需要volatile修饰。
文中的2种方式可以结合起来灵活使用控制线程的中断.

示例：

public class InterruptTest1 {

    public static class T1 extends Thread {
        public T1(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(this.getName() + " start");
            while (true) {
                try {
                    //下面模拟阻塞代码
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    this.interrupt();
                }
                if (this.isInterrupted()) {
                    break;
                }
            }
            System.out.println(this.getName() + " end");
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1("thread1");
        t1.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        t1.interrupt();
    }
}

输出：

thread1 start
thread1 end
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
	at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
	at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
	at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)
	at com.self.current.InterruptTest1$T1.run(InterruptTest1.java:27)

ReentrantLock重入锁

synchronized的局限性

synchronized是java内置的关键字，它提供了一种独占的加锁方式。synchronized的获取和释放锁由jvm实现，用户不需要显示的释放锁，非常方便，然而synchronized也有一定的局限性，例如：

当线程尝试获取锁的时候，如果获取不到锁会一直阻塞，这个阻塞的过程，用户无法控制。（synchronized不能响应中断？）
如果获取锁的线程进入休眠或者阻塞，除非当前线程异常，否则其他线程尝试获取锁必须一直等待。（synchronized不能响应中断？）

ReentrantLock

ReentrantLock是Lock的默认实现，在聊ReentranLock之前，我们需要先弄清楚一些概念：

可重入锁：可重入锁是指同一个线程可以多次获得同一把锁；ReentrantLock和关键字Synchronized都是可重入锁
可中断锁：可中断锁是指线程在获取锁的过程中，是否可以响应线程中断操作。synchronized是不可中断的，ReentrantLock是可中断的
公平锁和非公平锁：公平锁是指多个线程尝试获取同一把锁的时候，获取锁的顺序按照线程到达的先后顺序获取，而不是随机插队的方式获取。synchronized是非公平锁，而ReentrantLock是两种都可以实现，不过默认是非公平锁。

ReentrantLock基本使用

ReentrantLock的使用过程：

创建锁：ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
获取锁：lock.lock()
释放锁：lock.unlock();

对比上面的代码，与关键字synchronized相比，ReentrantLock锁有明显的操作过程，开发人员必须手动的指定何时加锁，何时释放锁，正是因为这样手动控制，ReentrantLock对逻辑控制的灵活度要远远胜于关键字synchronized，上面代码需要注意lock.unlock()一定要放在finally中，否则若程序出现了异常，锁没有释放，那么其他线程就再也没有机会获取这个锁了。

ReentrantLock是可重入锁

假如ReentrantLock是不可重入的锁，那么同一个线程第2次获取锁的时候由于前面的锁还未释放而导致死锁，程序是无法正常结束的。

lock()方法和unlock()方法需要成对出现，锁了几次，也要释放几次，否则后面的线程无法获取锁了；可以将add中的unlock删除一个事实，上面代码运行将无法结束
unlock()方法放在finally中执行，保证不管程序是否有异常，锁必定会释放

示例：

public class ReentrantLockTest {
    private static int num = 0;
    private static Lock lock = new ReentrantLock();
    public static void add() {
        lock.lock();
        lock.lock();
        try {
            num++;
        } finally {
            //lock()方法和unlock()方法需要成对出现，锁了几次，也要释放几次，否则后面的线程无法获取锁
            lock.unlock();
            lock.unlock();
        }
    }
    public static class T extends Thread {
        public T(String name) {
            super(name);
        }
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                ReentrantLockTest.add();
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t1 = new T("t1");
        T t2 = new T("t2");
        T t3 = new T("t3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
        t1.join();
        t2.join();
        t3.join();
        System.out.println("get num =" + num);
    }
}
//输出： get num =3000

ReentrantLock实现公平锁

在大多数情况下，锁的申请都是非公平的。这就好比买票不排队，上厕所不排队。最终导致的结果是，有些人可能一直买不到票。而公平锁，它会按照到达的先后顺序获得资源。公平锁的一大特点是不会产生饥饿现象，只要你排队，最终还是可以等到资源的；synchronized关键字默认是有jvm内部实现控制的，是非公平锁。而ReentrantLock运行开发者自己设置锁的公平性，可以实现公平和非公平锁。

看一下jdk中ReentrantLock的源码，2个构造方法：

public ReentrantLock() {    sync = new NonfairSync();}
public ReentrantLock(boolean fair) {    sync = fair ? new FairSync() : new NonfairSync();}

默认构造方法创建的是非公平锁。

第2个构造方法，有个fair参数，当fair为true的时候创建的是公平锁，公平锁看起来很不错，不过要实现公平锁，系统内部肯定需要维护一个有序队列，因此公平锁的实现成本比较高，性能相对于非公平锁来说相对低一些。因此，在默认情况下，锁是非公平的，如果没有特别要求，则不建议使用公平锁。

示例：

public class ReentrantLockFairTest {
    private static int num = 0;
    //private static Lock lock = new ReentrantLock(false);
    private static Lock lock = new ReentrantLock(true);
    public static class T extends Thread {
        public T(String name) {
            super(name);
        }
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                lock.lock();
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" got lock");
                } finally {
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t1 = new T("t1");
        T t2 = new T("t2");
        T t3 = new T("t3");
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

输出：

公平锁：
t1 got lock                          
t1 got lock
t2 got lock
t2 got lock
t3 got lock
t3 got lock
非公平锁：
t1 got lock
t3 got lock
t3 got lock
t2 got lock
t2 got lock
t1 got lock

ReentrantLock获取锁的过程是可中断的——使用lockInterruptibly()和tryLock（long time, TimeUnit unit）有参方法时。

对于synchronized关键字，如果一个线程在等待获取锁，最终只有2种结果：

要么获取到锁然后继续后面的操作
要么一直等待，直到其他线程释放锁为止

而ReentrantLock提供了另外一种可能，就是在等的获取锁的过程中（发起获取锁请求到还未获取到锁这段时间内）是可以被中断的，也就是说在等待锁的过程中，程序可以根据需要取消获取锁的请求。拿李云龙平安县围点打援来说，当平安县城被拿下后，鬼子救援的部队再尝试救援已经没有意义了，这时候要请求中断操作。

关于获取锁的过程中被中断，注意几点:

ReentrankLock中必须使用实例方法 lockInterruptibly()获取锁时，在线程调用interrupt()方法之后，才会引发 InterruptedException异常
线程调用interrupt()之后，线程的中断标志会被置为true
触发InterruptedException异常之后，线程的中断标志有会被清空，即置为false
所以当线程调用interrupt()引发InterruptedException异常，中断标志的变化是:false->true->false

实例：

public class InterruptTest2 {
    private static ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();
    private static ReentrantLock lock2 = new ReentrantLock();

    public static class T1 extends Thread {
        int lock;

        public T1(String name, Integer lock) {
            super(name);
            this.lock = lock;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                if (lock == 1) {
                    lock1.lockInterruptibly();
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    lock2.lockInterruptibly();
                } else {
                    lock2.lockInterruptibly();
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    lock1.lockInterruptibly();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                //线程发送中断信号触发InterruptedException异常之后，中断标志将被清空。
                System.out.println(this.getName() + "中断标志：" + this.isInterrupted());
                e.printStackTrace();
            } finally {
                //ReentrantLock自有的方法，多态实现的Lock不能用
                if (lock1.isHeldByCurrentThread()) {
                    lock1.unlock();
                }
                if (lock2.isHeldByCurrentThread()) {
                    lock2.unlock();
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T1 t1 = new T1("thread1", 1);
        T1 t2 = new T1("thread2", 2);
        t1.start();
        t2.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1000);
        //不加interrupt()通过jstack查看线程堆栈信息，发现2个线程死锁了
        //"thread2":
        //  waiting for ownable synchronizer 0x000000076b782028, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
        //  which is held by "thread1"
        //"thread1":
        //  waiting for ownable synchronizer 0x000000076b782058, (a java.util.concurrent.locks.ReentrantLock$NonfairSync),
        //  which is held by "thread2"
        t1.interrupt();
    }
}

ReentrantLock锁申请等待限时

ReentrantLock刚好提供了这样功能，给我们提供了获取锁限时等待的方法 tryLock()，可以选择传入时间参数，表示等待指定的时间，无参则表示立即返回锁申请的结果：true表示获取锁成功，false表示获取锁失败。

tryLock无参方法——tryLock()是立即响应的，中间不会有阻塞。

看一下源码中tryLock方法：

public boolean tryLock()

tryLock有参方法

该方法在指定的时间内不管是否可以获取锁，都会返回结果，返回true，表示获取锁成功，返回false表示获取失败。此方法在执行的过程中，如果调用了线程的中断interrupt()方法，会触发InterruptedException异常。

可以明确设置获取锁的超时时间：

public boolean tryLock(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException

关于tryLock()方法和tryLock(long timeout, TimeUnit unit)方法，说明一下：

都会返回boolean值，结果表示获取锁是否成功。
tryLock()方法，不管是否获取成功，都会立即返回；而有参的tryLock方法会尝试在指定的时间内去获取锁，中间会阻塞的现象，在指定的时间之后会不管是否能够获取锁都会返回结果。
tryLock()方法不会响应线程的中断方法；而有参的tryLock方法会响应线程的中断方法，而出发 InterruptedException异常，这个从2个方法的声明上可以可以看出来。

ReentrantLock其他常用的方法

isHeldByCurrentThread：实例方法，判断当前线程是否持有ReentrantLock的锁，上面代码中有使用过。

获取锁的4种方法对比

获取锁的方法是否立即响应(不会阻塞) 是否响应中断
lock() × ×
lockInterruptibly() × √
tryLock() √ ×
tryLock(long timeout, TimeUnit unit) × √

实例：

public class ReentrantLockTest1 {
    private static ReentrantLock lock1 = new ReentrantLock();

    public static class T extends Thread {
        public T(String name) {
            super(name);
        }
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(this.getName()+"尝试获取锁");
                if (lock1.tryLock(2,TimeUnit.SECONDS)){
                    System.out.println(this.getName()+"获取锁成功");
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                }else {
                    System.out.println(this.getName()+"获取锁失败");
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if(lock1.isHeldByCurrentThread()){
                    lock1.unlock();
                }
            }
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        T t1 = new T("t1");
        T t2 = new T("t2");
        t1.start();
        t2.start();

    }
}

输出：

lock1.tryLock()
t1尝试获取锁
t1获取锁成功
t2尝试获取锁
t2获取锁失败
lock1.tryLock(2,TimeUnit.SECONDS)
t1尝试获取锁
t2尝试获取锁
t1获取锁成功
t2获取锁失败

总结

ReentrantLock可以实现公平锁和非公平锁
ReentrantLock默认实现的是非公平锁
ReentrantLock的获取锁和释放锁必须成对出现，锁了几次，也要释放几次
释放锁的操作必须放在finally中执行
lockInterruptibly()实例方法可以响应线程的中断方法，调用线程的interrupt()方法时，lockInterruptibly()方法会触发 InterruptedException异常
关于 InterruptedException异常说一下，看到方法声明上带有 throwsInterruptedException，表示该方法可以相应线程中断，调用线程的interrupt()方法时，这些方法会触发 InterruptedException异常，触发InterruptedException时，线程的中断中断状态会被清除。所以如果程序由于调用 interrupt()方法而触发 InterruptedException异常，线程的标志由默认的false变为ture，然后又变为false
实例方法tryLock()获会尝试获取锁，会立即返回，返回值表示是否获取成功
实例方法tryLock(long timeout, TimeUnit unit)会在指定的时间内尝试获取锁，指定的时间内是否能够获取锁，都会返回，返回值表示是否获取锁成功，该方法会响应线程的中断

疑问

Q:可中断锁：可中断锁时只线程在获取锁的过程中，是否可以相应线程中断操作。为什么synchronized是不可中断的，ReentrantLock是可中断的？

JUC中的Condition对象

Condition使用简介——实现等待/通知机制

注意：在使用使用Condition.await()方法时，需要先获取Condition对象关联的ReentrantLock的锁；就像使用Object.wait()时必须在synchronized同步代码块内。

从整体上来看Object的wait和notify/notify是与对象监视器配合完成线程间的等待/通知机制，而Condition与Lock配合完成等待通知机制，前者是java底层级别的，后者是语言级别的，具有更高的可控制性和扩展性。两者除了在使用方式上不同外，在功能特性上还是有很多的不同：

Condition能够支持不响应中断，而通过使用Object方式不支持
Condition能够支持多个等待队列（new 多个Condition对象），而Object方式只能支持一个
Condition能够支持超时时间的设置，而Object不支持

Condition由ReentrantLock对象创建，并且可以同时创建多个，Condition接口在使用前必须先调用ReentrantLock的lock()方法获得锁，之后调用Condition接口的await()将释放锁，并且在该Condition上等待，直到有其他线程调用Condition的signal()方法唤醒线程，使用方式和wait()、notify()类似。

需要注意的时，当一个线程被signal()方法唤醒线程时，它第一个动作是去获取同步锁，注意这一点，而这把锁目前在调用signal()方法唤醒他的线程上，必须等其释放锁后才能得到争抢锁的机会。

实例：

public class ConditionTest {

    private static ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
    private static Condition condition = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) {
        T1 t1 = new T1("TT1");
        T2 t2 = new T2("TT2");
        t1.start();
        t2.start();
    }

    static class T1 extends Thread {
        public T1(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            System.out.println(this.getName() + " start");
            try {
                System.out.println(this.getName() + " wait");
                condition.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                lock.unlock();
            }
            System.out.println(this.getName() + " end");
        }
    }

    static class T2 extends Thread {
        public T2(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            lock.lock();
            System.out.println(this.getName() + " start");
            System.out.println(this.getName() + " signal");
            condition.signal();
            System.out.println(this.getName() + " end");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(this.getName() + " end,2 second later");
        }
    }
}

输出：

TT1 start
TT1 wait
TT2 start
TT2 signal
TT2 end
TT2 end,2 second later

Condition常用方法

和Object中wait类似的方法

void await() throws InterruptedException:当前线程进入等待状态，如果在等待状态中被中断会抛出被中断异常；
long awaitNanos(long nanosTimeout)：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者超时；
boolean await(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException：同第二种，支持自定义时间单位，false：表示方法超时之后自动返回的，true：表示等待还未超时时，await方法就返回了（超时之前，被其他线程唤醒了）
boolean awaitUntil(Date deadline) throws InterruptedException：当前线程进入等待状态直到被通知，中断或者到了某个时间
void awaitUninterruptibly();：当前线程进入等待状态，不会响应线程中断操作，只能通过唤醒的方式让线程继续

和Object的notify/notifyAll类似的方法

void signal()：唤醒一个等待在condition上的线程，将该线程从等待队列中转移到同步队列中，如果在同步队列中能够竞争到Lock则可以从等待方法中返回。
void signalAll()：与1的区别在于能够唤醒所有等待在condition上的线程

Condition.await()过程中被打断

调用condition.await()之后，线程进入阻塞中，调用t1.interrupt()，给t1线程发送中断信号，await()方法内部会检测到线程中断信号，然后触发 InterruptedException异常，线程中断标志被清除。从输出结果中可以看出，线程t1中断标志的变换过程：false->true->false

await(long time, TimeUnit unit)超时之后自动返回

t1线程等待2秒之后，自动返回继续执行，最后await方法返回false，await返回false表示超时之后自动返回

await(long time, TimeUnit unit)超时之前被唤醒

t1线程中调用 condition.await(5,TimeUnit.SECONDS);方法会释放锁，等待5秒，主线程休眠1秒，然后获取锁，之后调用signal()方法唤醒t1，输出结果中发现await后过了1秒（1、3行输出结果的时间差），await方法就返回了，并且返回值是true。true表示await方法超时之前被其他线程唤醒了。

long awaitNanos(long nanosTimeout)超时返回

t1调用await方法等待5秒超时返回，返回结果为负数，表示超时之后返回的。

//awaitNanos参数为纳秒，可以调用TimeUnit中的一些方法将时间转换为纳秒。
long nanos = TimeUnit.SECONDS.toNanos(2);

waitNanos(long nanosTimeout)超时之前被唤醒

t1中调用await休眠5秒，主线程休眠1秒之后，调用signal()唤醒线程t1，await方法返回正数，表示返回时距离超时时间还有多久，将近4秒，返回正数表示，线程在超时之前被唤醒了。

其他几个有参的await方法和无参的await方法一样，线程调用interrupt()方法时，这些方法都会触发InterruptedException异常，并且线程的中断标志会被清除。

同一个锁支持创建多个Condition

使用两个Condition来实现一个阻塞队列的例子：

public class MyBlockingQueue {

    //阻塞队列最大容量
    private int size;
    //队列底层实现
    private LinkedList list = new LinkedList<>();
    private static Lock lock = new ReentrantLock();
    //队列满时的等待条件
    private static Condition fullFlag = lock.newCondition();
    //队列空时的等待条件
    private static Condition emptyFlag = lock.newCondition();

    public MyBlockingQueue(int size) {
        this.size = size;
    }

    public void enqueue(E e) throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            //队列已满,在fullFlag条件上等待
            while (list.size() == size) {
                fullFlag.await();
            }
            //入队:加入链表末尾
            list.add(e);
            System.out.println("生产了" + e);
            //通知在emptyFlag条件上等待的线程
            emptyFlag.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }


    public E dequeue() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            while (list.size() == 0) {
                emptyFlag.await();
            }
            E e = list.removeFirst();
            System.out.println("消费了" + e);
            //通知在fullFlag条件上等待的线程
            fullFlag.signal();
            return e;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    /**
     * 创建了一个阻塞队列，大小为3，队列满的时候，会被阻塞，等待其他线程去消费，队列中的元素被消费之后，会唤醒生产者，生产数据进入队列。上面代码将队列大小置为1，可以实现同步阻塞队列，生产1个元素之后，生产者会被阻塞，待消费者消费队列中的元素之后，生产者才能继续工作。
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        MyBlockingQueue queue = new MyBlockingQueue<>(1);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            Thread producer = new Thread(() -> {
                try {
                    queue.enqueue(finalI);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            producer.start();
        }
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Thread consumer = new Thread(() -> {
                try {
                    queue.dequeue();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            consumer.start();
        }
    }
}

输出：

生产了0
消费了0
生产了1
消费了1
。。。。
生产了9
消费了9

Object的监视器方法与Condition接口的对比

注意同步队列和等待队列的区别，同步队列表示在竞争一把锁的队列中，是处于阻塞或运行状态的队列。

而等待队列是指被置为等待、超时等待状态的线程，这些是没有竞争锁的权限的，处于等待被唤醒的状态中。

对比项 Object 监视器方法 Condition
前置条件获取对象的锁调用Lock.lock获取锁，调用Lock.newCondition()获取Condition对象
调用方式直接调用，如：object.wait() 直接调用，如：condition.await()
等待队列个数一个多个，使用多个condition实现
当前线程释放锁并进入等待状态支持支持
当前线程释放锁进入等待状态中不响应中断不支持支持
当前线程释放锁并进入超时等待状态支持支持
当前线程释放锁并进入等待状态到将来某个时间不支持支持
唤醒等待队列中的一个线程支持支持
唤醒等待队列中的全部线程支持支持

总结

使用condition的步骤：创建condition对象，获取锁，然后调用condition的方法
一个ReentrantLock支持创建多个condition对象
void await() throws InterruptedException;方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持线程中断
void awaitUninterruptibly();方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，不支持线程中断
long awaitNanos(longnanosTimeout)throws InterruptedException;参数为纳秒，此方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持中断。超时之后返回的，结果为负数；超时之前被唤醒返回的，结果为正数（表示返回时距离超时时间相差的纳秒数）
boolean await (longtime,TimeUnitunit)throws InterruptedException;方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持中断。超时之后返回的，结果为false；超时之前被唤醒返回的，结果为true
boolean awaitUntil(Datedeadline)throws InterruptedException;参数表示超时的截止时间点，方法会释放锁，让当前线程等待，支持唤醒，支持中断。超时之后返回的，结果为false；超时之前被唤醒返回的，结果为true
void signal();会唤醒一个等待中的线程，然后被唤醒的线程会被加入同步队列，去尝试获取锁
void signalAll();会唤醒所有等待中的线程，将所有等待中的线程加入同步队列，然后去尝试获取锁

疑问：

Q:Condition能够支持超时时间的设置，而Object不支持。Object不是有wait(long timeout)超时时间设置么？这句话是不是错了？

Q:在Condition.await()方法被调用时，当前线程会释放这个锁，并且当前线程会进行等待（处于阻塞状态）?是阻塞状态不是等待状态？是因为这事api语言级别的等待/通知机制么？

JUC中的LockSupport工具类——无需加锁及考虑等待通知顺序

使用Object类中的方法实现线程等待和唤醒

关于Object类中的用户线程等待和唤醒的方法，总结一下：

wait()/notify()/notifyAll()方法都必须放在同步代码（必须在synchronized内部执行）中执行，需要先获取锁（否则抛出了 IllegalMonitorStateException异常）
线程唤醒的方法（notify、notifyAll）需要在等待的方法（wait）之后执行，等待中的线程才可能会被唤醒，否则无法唤醒

使用Condition实现线程的等待和唤醒

关于Condition中方法使用总结：

使用Condtion中的线程等待和唤醒方法之前，需要先获取锁。否者会报 IllegalMonitorStateException异常
signal()方法先于await()方法之前调用，线程无法被唤醒

Object和Condition的局限性

关于Object和Condtion中线程等待和唤醒的局限性，有以下几点：

两种方式中的让线程等待和唤醒的方法能够执行的先决条件是：线程需要先获取锁
唤醒方法需要在等待方法之后调用，线程才能够被唤醒

关于这2点，LockSupport都不需要，就能实现线程的等待和唤醒。

LockSupport类介绍

LockSupport类可以阻塞当前线程以及唤醒指定被阻塞的线程。主要是通过park()和unpark(thread)方法来实现阻塞和唤醒线程的操作的。（注意park方法等待不释放锁）

每个线程都有一个许可(permit)，permit只有两个值1和0，默认是0。

当调用unpark(thread)方法，就会将thread线程的许可permit设置成1(注意多次调用unpark方法，不会累加，permit值还是1)。
当调用park()方法，如果当前线程的permit是1，那么将permit设置为0，并立即返回。如果当前线程的permit是0，那么当前线程就会阻塞，直到别的线程将当前线程的permit设置为1时，park方法会被唤醒，然后会将permit再次设置为0，并返回。

注意：因为permit默认是0，所以一开始调用park()方法，线程必定会被阻塞。调用unpark(thread)方法后，会自动唤醒thread线程，即park方法立即返回。

LockSupport中常用的方法

阻塞线程

void park()：阻塞当前线程，如果调用unpark方法或者当前线程被中断，从能从park()方法中返回
void park(Object blocker)：功能同方法1，入参增加一个Object对象，用来记录导致线程阻塞的阻塞对象，方便进行问题排查
void parkNanos(long nanos)：阻塞当前线程，最长不超过nanos纳秒，增加了超时返回的特性
void parkNanos(Object blocker, long nanos)：功能同方法3，入参增加一个Object对象，用来记录导致线程阻塞的阻塞对象，方便进行问题排查
void parkUntil(long deadline)：阻塞当前线程，直到deadline，deadline是一个绝对时间，表示某个时间的毫秒格式
void parkUntil(Object blocker, long deadline)：功能同方法5，入参增加一个Object对象，用来记录导致线程阻塞的阻塞对象，方便进行问题排查；

唤醒线程

void unpark(Thread thread):唤醒处于阻塞状态的指定线程

1、LockSupport调用park、unpark方法执行唤醒等待无需加锁。

2、LockSupport中，唤醒的方法不管是在等待之前还是在等待之后调用，线程都能够被唤醒。唤醒方法在等待方法之前执行，线程也能够被唤醒，这点是另外两种方法无法做到的。而Object和Condition中的唤醒必须在等待之后调用，线程才能被唤醒。

3、park方法可以相应线程中断。

LockSupport.park方法让线程等待之后，唤醒方式有2种：

调用LockSupport.unpark方法
调用等待线程的 interrupt()方法，给等待的线程发送中断信号，可以唤醒线程

线程t1和t2的不同点是，t2中调用park方法传入了一个BlockerDemo对象，从上面的线程堆栈信息中，发现t2线程的堆栈信息中多了一行 -parking to waitfor<0x00000007180bfeb0>(a com.itsoku.chat10.Demo10$BlockerDemo)，刚好是传入的BlockerDemo对象，park传入的这个参数可以让我们在线程堆栈信息中方便排查问题，其他暂无他用。

线程等待和唤醒的3种方式做个对比

方式1：Object中的wait、notify、notifyAll方法
方式2：juc中Condition接口提供的await、signal、signalAll方法
方式3：juc中的LockSupport提供的park、unpark方法

3种方式对比：

                 	Object            	Condtion   	LockSupport

前置条件需要在synchronized中运行需要先获取Lock的锁无
无限等待支持支持支持
超时等待支持支持支持
等待到将来某个时间返回不支持支持支持
等待状态中释放锁会释放会释放不会释放
唤醒方法先于等待方法执行，能否唤醒线程否否可以
是否能响应线程中断是是是
线程中断是否会清除中断标志是是否
是否支持等待状态中不响应中断不支持支持不支持

实例：

public class LockSupportTest {

    /**
     * 输出：
     * create a thread start
     * 主线程执行完毕！
     * thread 被唤醒
     */
    public static void main1(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            System.out.println("create a thread start");
            LockSupport.park();
            System.out.println("thread 被唤醒");
        });
        t.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        //唤醒处于阻塞状态的指定线程
        LockSupport.unpark(t);
        //响应线程中断
        //t.interrupt();
        System.out.println("主线程执行完毕！");
    }

    /**
     * 唤醒方法在等待方法之前执行，线程也能够被唤醒
     *输出：
     * create a thread start
     * 主线程执行完毕！
     * thread 被唤醒
     */
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread t = new Thread(() -> {
            System.out.println("create a thread start");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            LockSupport.park();
            System.out.println("thread 被唤醒");
        });
        t.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        //唤醒处于阻塞状态的指定线程
        LockSupport.unpark(t);
        //响应线程中断
        //t.interrupt();
        System.out.println("主线程执行完毕！");
    }
}

疑问：

Q:LockSupport类可以阻塞当前线程以及唤醒指定被阻塞的线程。主要是通过park()和unpark(thread)方法来实现阻塞和唤醒线程的操作的。（注意park方法等待不释放锁）不释放锁的等待唤醒是在什么场景下使用？为什么要这样？

JUC中的Semaphore（信号量）——多把锁控制，用于限流

synchronized和重入锁ReentrantLock，这2种锁一次都只能允许一个线程访问一个资源，而信号量可以控制有多少个线程可以访问特定的资源。

Semaphore常用场景：限流

举个例子：

比如有个停车场（临界值，共享资源），有5个空位，门口有个门卫，手中5把钥匙分别对应5个车位上面的锁，来一辆车，门卫会给司机一把钥匙，然后进去找到对应的车位停下来，出去的时候司机将钥匙归还给门卫。停车场生意比较好，同时来了100两车，门卫手中只有5把钥匙，同时只能放5辆车进入，其他车只能等待，等有人将钥匙归还给门卫之后，才能让其他车辆进入。

上面的例子中门卫就相当于Semaphore，车钥匙就相当于许可证，车就相当于线程。

Semaphore主要方法

Semaphore(int permits)：构造方法，参数表示许可证数量，用来创建信号量

Semaphore(int permits,boolean fair)：构造方法，当fair等于true时，创建具有给定许可数的计数信号量并设置为公平信号量

void acquire() throws InterruptedException：从此信号量获取1个许可前线程将一直阻塞，相当于一辆车占了一个车位，此方法会响应线程中断，表示调用线程的interrupt方法，会使该方法抛出InterruptedException异常

void acquire(int permits) throws InterruptedException ：和acquire()方法类似，参数表示需要获取许可的数量；比如一个大卡车要入停车场，由于车比较大，需要申请3个车位才可以停放

void acquireUninterruptibly(int permits) ：和acquire(int permits) 方法类似，只是不会响应线程中断

boolean tryAcquire()：尝试获取1个许可，不管是否能够获取成功，都立即返回，true表示获取成功，false表示获取失败

boolean tryAcquire(int permits)：和tryAcquire()，表示尝试获取permits个许可

boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException：尝试在指定的时间内获取1个许可，获取成功返回true，指定的时间过后还是无法获取许可，返回false

boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException：和tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit)类似，多了一个permits参数，表示尝试获取permits个许可

void release()：释放一个许可，将其返回给信号量，相当于车从停车场出去时将钥匙归还给门卫

void release(int n)：释放n个许可

int availablePermits()：当前可用的许可数

获取许可之后不释放

取许可后，没有释放许可的代码，最终导致，可用许可数量为0，其他线程无法获取许可，会在 semaphore.acquire();处等待，导致程序无法结束。

没有获取到许可却执行释放（没有获取到许可却在finally中直接执行release方法）

如果获取锁的过程中发生异常，导致获取锁失败，最后finally里面也释放了许可，最终会导致许可数量凭空增长了。

释放许可正确的姿势

程序中增加了一个变量 acquireSuccess用来标记获取许可是否成功，在finally中根据这个变量是否为true，来确定是否释放许可。

在规定的时间内希望获取许可

Semaphore内部2个方法可以提供超时获取许可的功能：

public boolean tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedExceptionpublic boolean tryAcquire(int permits, long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException

在指定的时间内去尝试获取许可，如果能够获取到，返回true，获取不到返回false。

其他一些使用说明

Semaphore默认创建的是非公平的信号量，什么意思呢？这个涉及到公平与非公平。让新来的去排队就表示公平，直接去插队争抢第一个，就表示不公平。对于停车场，排队肯定更好一些。不过对于信号量来说不公平的效率更高一些，所以默认是不公平的。
方法中带有 throwsInterruptedException声明的，表示这个方法会响应线程中断信号，什么意思？表示调用线程的 interrupt()方法后，会让这些方法触发 InterruptedException异常，即使这些方法处于阻塞状态，也会立即返回，并抛出 InterruptedException异常，线程中断信号也会被清除。

示例：

public class SemaphoreTest {

    private static Semaphore semaphore = new Semaphore(2);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread t = new T1("T" + i);
            t.start();
            if (i > 2) {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                t.interrupt();
            }
        }
    }

    public static void main2(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Thread t = new T2("T" + i);
            t.start();
        }
    }

    /**
     * 在指定的时间内去尝试获取许可，如果能够获取到，返回true，获取不到返回false。
     */
    public static class T1 extends Thread {
        public T1(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            Boolean hasTicket = false;
            Thread thread = Thread.currentThread();
            try {
                //semaphore.acquire();
                hasTicket = semaphore.tryAcquire(1, TimeUnit.SECONDS);
                if (hasTicket) {
                    System.out.println(thread + "获取到停车位！");
                } else {
                    System.out.println(thread + "获取不到停车位！走了");
                }
                //hasTicket = true;
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (hasTicket) {
                    semaphore.release();
                    //没有获取到许可却在finally中直接执行release方法
                    //Thread[T6,5,main]离开停车位！当前空余停车位数量10
                    System.out.println(thread + "离开停车位！当前空余停车位数量" + semaphore.availablePermits());
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 正确的释放锁的方式
     */
    public static class T2 extends Thread {
        public T2(String name) {
            super(name);
        }

        @Override
        public void run() {
            Boolean hasTicket = false;
            Thread thread = Thread.currentThread();
            try {
                semaphore.acquire();
                hasTicket = true;
                System.out.println(thread + "获取到停车位！");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                if (hasTicket) {
                    semaphore.release();
                    System.out.println(thread + "离开停车位！当前空余停车位数量" + semaphore.availablePermits());
                }
            }
        }
    }
}

输出：

test1
Thread[T0,5,main]获取到停车位！
Thread[T1,5,main]获取到停车位！
Thread[T2,5,main]获取不到停车位！走了
java.lang.InterruptedException
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireSharedNanos(AbstractQueuedSynchronizer.java:1039)
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.tryAcquireSharedNanos(AbstractQueuedSynchronizer.java:1328)
	at java.util.concurrent.Semaphore.tryAcquire(Semaphore.java:409)
	at com.self.current.SemaphoreTest$T1.run(SemaphoreTest.java:52)
java.lang.InterruptedException: sleep interrupted
Thread[T1,5,main]离开停车位！当前空余停车位数量1
	at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
Thread[T4,5,main]获取到停车位！
	at java.lang.Thread.sleep(Thread.java:340)
Thread[T0,5,main]离开停车位！当前空余停车位数量1
	at java.util.concurrent.TimeUnit.sleep(TimeUnit.java:386)
Thread[T4,5,main]离开停车位！当前空余停车位数量2
	at com.self.current.SemaphoreTest$T1.run(SemaphoreTest.java:59)

test2
Thread[T0,5,main]获取到停车位！
Thread[T1,5,main]获取到停车位！
Thread[T1,5,main]离开停车位！当前空余停车位数量2
Thread[T2,5,main]获取到停车位！
Thread[T0,5,main]离开停车位！当前空余停车位数量2
Thread[T3,5,main]获取到停车位！
Thread[T2,5,main]离开停车位！当前空余停车位数量1
Thread[T4,5,main]获取到停车位！
Thread[T3,5,main]离开停车位！当前空余停车位数量1
Thread[T4,5,main]离开停车位！当前空余停车位数量2

示例2：

通过判断byteBuffer != null得出是否获取到了许可。
semaphore = new Semaphore(maxBufferCount);
 byteBuffer = allocator.allocate();// semaphore.acquire();
  finally {
            if (byteBuffer != null) {
                byteBuffer.clear();
                allocator.release(byteBuffer);
            }
        }

疑问：

Q:Semaphore内部排队等待资源的队列是怎么实现的，公平信号量与非公平的队列类型都是哪种的？

JUC中等待多线程完成的工具类CountDownLatch（闭锁）——等待多线程完成后执行操作或者实现最大的并发线程数同时执行

CountDownLatch介绍

CountDownLatch称之为闭锁，它可以使一个或一批线程在闭锁上等待，等到其他线程执行完相应操作后，闭锁打开，这些等待的线程才可以继续执行。确切的说，闭锁在内部维护了一个倒计数器。通过该计数器的值来决定闭锁的状态，从而决定是否允许等待的线程继续执行。

一批线程等待闭锁一般用于同步并发，如跑步比赛时作为发令枪作用；

一个线程等待闭锁一般用于等待并发线程或资源的获取满足，用于执行收尾工作，如多任务执行完后合并结果等。

常用方法：

public CountDownLatch(int count)：构造方法，count表示计数器的值，不能小于0，否者会报异常。

public void await() throws InterruptedException：调用await()会让当前线程等待，直到计数器为0的时候，方法才会返回，此方法会响应线程中断操作。

public boolean await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException：限时等待，在超时之前，计数器变为了0，方法返回true，否者直到超时，返回false，此方法会响应线程中断操作。

public void countDown()：让计数器减1

CountDownLatch（作为一个参数，锁传递到方法中）使用步骤：

创建CountDownLatch对象
调用其实例方法 await()，让当前线程等待
调用 countDown()方法，让计数器减1
当计数器变为0的时候， await()方法会返回

假如有这样一个需求，当我们需要解析一个Excel里多个sheet的数据时，可以考虑使用多线程，每个线程解析一个sheet里的数据，等到所有的sheet都解析完之后，程序需要统计解析总耗时。分析一下：解析每个sheet耗时可能不一样，总耗时就是最长耗时的那个操作。

方法一：使用join实现。

此方法会让当前线程等待被调用的线程完成之后才能继续。可以看一下join的源码，内部其实是在synchronized方法中调用了线程的wait方法，最后被调用的线程执行完毕之后，由jvm自动调用其notifyAll()方法，唤醒所有等待中的线程。这个notifyAll()方法是由jvm内部自动调用的，jdk源码中是看不到的，需要看jvm源码，有兴趣的同学可以去查一下。所以JDK不推荐在线程上调用wait、notify、notifyAll方法。

方法二：使用CountDownLatch实现。

示例：

public class CountDownLatchTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(2);
        T1 t1 = new T1("sheet1", 3, latch);
        T1 t2 = new T1("sheet2", 5, latch);
        t1.start();
        t2.start();
        //调用await()会让当前线程等待，直到计数器为0的时候，方法才会返回，此方法会响应线程中断操作。
        //latch.await();
        //限时等待，在超时之前，计数器变为了0，方法返回true，否者直到超时，返回false，此方法会响应线程中断操作。
        boolean result = latch.await(4, TimeUnit.SECONDS);
        long end = System.currentTimeMillis();
        //System.out.println("主线程结束，耗时" + (end - start));
        System.out.println("主线程结束，耗时" + (end - start)+"是否返回结果："+result);
    }

    public static class T1 extends Thread {
        private int workTime;
        private CountDownLatch countDownLatch;

        public T1(String name, int workTime, CountDownLatch countDownLatch) {
            super(name);
            this.workTime = workTime;
            this.countDownLatch = countDownLatch;
        }

        @Override
        public void run() {
            long start = System.currentTimeMillis();
            Thread t = Thread.currentThread();
            System.out.println(t.getName() + "线程开始执行！");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(workTime);
                long end = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(t.getName() + "结束，耗时" + (end - start));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                countDownLatch.countDown();
            }
        }
    }
}

输出：

sheet1线程开始执行！
sheet2线程开始执行！
sheet1结束，耗时3000
主线程结束，耗时4004是否返回结果：false
sheet2结束，耗时5001
主线程中调用 countDownLatch.await();会让主线程等待，t1、t2线程中模拟执行耗时操作，最终在finally中调用了 countDownLatch.countDown();,此方法每调用一次，CountDownLatch内部计数器会减1，当计数器变为0的时候，主线程中的await()会返回，然后继续执行。注意：上面的 countDown()这个是必须要执行的方法，所以放在finally中执行。

2个CountDown结合使用的示例——跑步比赛耗时统计

有3个人参见跑步比赛，需要先等指令员发指令枪后才能开跑，所有人都跑完之后，指令员喊一声，大家跑完了，计算耗时。

示例：

public class CountDownLatchImplRacingTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch fireGun = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3);
        new T1("刘翔", 3, fireGun, latch).start();
        new T1("拼嘻嘻", 5, fireGun, latch).start();
        new T1("蜡笔小新", 7, fireGun, latch).start();
        System.out.println("比赛 wait for ready!");
        ////主线程休眠3秒,模拟指令员准备发枪耗时操作
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        long start = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("发令枪响，比赛开始!");
        fireGun.countDown();
        latch.await();
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("比赛结束，总耗时" + (end - start));
    }

    public static class T1 extends Thread {
        private int workTime;
        private CountDownLatch fireGun;
        private CountDownLatch countDownLatch;


        public T1(String name, int workTime, CountDownLatch fireGun, CountDownLatch countDownLatch) {
            super(name);
            this.workTime = workTime;
            this.fireGun = fireGun;
            this.countDownLatch = countDownLatch;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                fireGun.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            long start = System.currentTimeMillis();
            Thread t = Thread.currentThread();
            System.out.println(t.getName() + "运动员开始赛跑！");
            try {
                //模拟耗时操作，休眠workTime秒
                TimeUnit.SECONDS.sleep(workTime);
                long end = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(t.getName() + "跑完全程，耗时" + (end - start));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                countDownLatch.countDown();
            }
        }
    }
}

输出：

比赛 wait for ready!
发令枪响，比赛开始!
刘翔运动员开始赛跑！
蜡笔小新运动员开始赛跑！
拼嘻嘻运动员开始赛跑！
刘翔跑完全程，耗时3000
拼嘻嘻跑完全程，耗时5002
蜡笔小新跑完全程，耗时7001
比赛结束，总耗时7001

手写一个并行处理任务的工具类

示例：

public class TaskDisposeUtils {

    private static final Integer POOL_SIZE = Integer.max(Runtime.getRuntime().availableProcessors(), 5);

    public static void main(String[] args) {
        List list = Stream.iterate(1, a -> a + 1).limit(10).collect(Collectors.toList());
        try {
            TaskDisposeUtils.dispose(list, item -> {
                long start = System.currentTimeMillis();
                //模拟耗时操作，休眠workTime秒
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(item);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                long end = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(item + "任务完成，耗时" + (end - start));
            });
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //上面所有任务处理完毕完毕之后，程序才能继续
        System.out.println(list + "任务全部执行完毕！");
    }

    public static  void dispose(List taskList, Consumer consumer) throws InterruptedException {
        dispose(true, POOL_SIZE, taskList, consumer);
    }

    private static  void dispose(boolean moreThread, Integer poolSize, List taskList, Consumer consumer) throws InterruptedException {
        if (CollectionUtils.isEmpty(taskList)) {
            return;
        }

        if (moreThread && poolSize > 1) {
            poolSize = Math.min(poolSize, taskList.size());
            ExecutorService executorService = null;
            try {
                executorService = Executors.newFixedThreadPool(poolSize);
                CountDownLatch latch = new CountDownLatch(taskList.size());
                for (T t : taskList) {
                    executorService.execute(() -> {
                        try {
                            consumer.accept(t);
                        } finally {
                            latch.countDown();
                        }
                    });
                }
                latch.await();
            } finally {
                if (executorService != null) {
                    executorService.shutdown();
                }
            }

        } else {
            for (T t : taskList) {
                consumer.accept(t);
            }
        }
    }
}

输出：

1任务完成，耗时1376
2任务完成，耗时2014
3任务完成，耗时3179
4任务完成，耗时4449
5任务完成，耗时5000
6任务完成，耗时6001
7任务完成，耗时7000
8任务完成，耗时8000
9任务完成，耗时9000
10任务完成，耗时10001
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]任务全部执行完毕！

在实时系统中的使用场景

实现最大的并行性：有时我们想同时启动多个线程，实现最大程度的并行性。例如，我们想测试一个单例类。如果我们创建一个初始计数为1的CountDownLatch，并让所有线程都在这个锁上等待，那么我们可以很轻松地完成测试。我们只需调用一次countDown()方法就可以让所有的等待线程同时恢复执行。
开始执行前等待n个线程完成各自任务：例如应用程序启动类要确保在处理用户请求前，所有N个外部系统已经启动和运行了。
死锁检测：一个非常方便的使用场景是，你可以使用n个线程访问共享资源，在每次测试阶段的线程数目是不同的，并尝试产生死锁

疑问：

Q:这个notifyAll()方法是由jvm内部自动调用的，jdk源码中是看不到的，需要看jvm源码，有兴趣的同学可以去查一下。所以JDK不推荐在线程上调用wait、notify、notifyAll方法。是因为没有源码所以才不推荐使用wait、notify、notifyAll方法么？还有其他缺点么？

JUC中的循环栅栏CyclicBarrier的6种使用场景

CyclicBarrier简介

CyclicBarrier通常称为循环屏障。它和CountDownLatch很相似，都可以使线程先等待然后再执行。不过CountDownLatch是使一批(一个)线程等待另一批(一个)线程执行完后再执行；而CyclicBarrier只是使等待的线程达到一定数目后再让它们继续执行。故而CyclicBarrier内部也有一个计数器,计数器的初始值在创建对象时通过构造参数指定,如下所示：

public CyclicBarrier(int parties) {
    this(parties, null);
}

每调用一次await()方法都将使阻塞的线程数+1，只有阻塞的线程数达到设定值时屏障才会打开，允许阻塞的所有线程继续执行。除此之外，CyclicBarrier还有几点需要注意的地方:

CyclicBarrier的计数器可以重置而CountDownLatch不行，这意味着CyclicBarrier实例可以被重复使用而CountDownLatch只能被使用一次。而这也是循环屏障循环二字的语义所在。
CyclicBarrier允许用户自定义barrierAction操作，这是个可选操作，可以在创建CyclicBarrier对象时指定

public CyclicBarrier(int parties, Runnable barrierAction) {
if (parties <= 0) throw new IllegalArgumentException();
this.parties = parties;
this.count = parties;
this.barrierCommand = barrierAction;
}

一旦用户在创建CyclicBarrier对象时设置了barrierAction参数，则在阻塞线程数达到设定值屏障打开前，会调用barrierAction的run()方法完成用户自定义的操作。

CyclicBarrier内部相当于有个计数器（构造方法传入的），每次调用await();后，计数器会减1，并且await()方法会让当前线程阻塞，等待计数器减为0的时候，所有在await()上等待的线程被唤醒，然后继续向下执行，此时计数器又会被还原为创建时的值，然后可以继续再次使用。

CountDownLatch和CyclicBarrier的区别

CountDownLatch示例

主管相当于 CountDownLatch，干活的小弟相当于做事情的线程。

老板交给主管了一个任务，让主管搞完之后立即上报给老板。主管下面有10个小弟，接到任务之后将任务划分为10个小任务分给每个小弟去干，主管一直处于等待状态（主管会调用await()方法，此方法会阻塞当前线程），让每个小弟干完之后通知一下主管（调用countDown()方法通知主管，此方法会立即返回），主管等到所有的小弟都做完了，会被唤醒，从await()方法上苏醒，然后将结果反馈给老板。期间主管会等待，会等待所有小弟将结果汇报给自己。

而CyclicBarrier是一批线程让自己等待，等待所有的线程都准备好了，所有的线程才能继续。

CountDownLatch: 一个线程(或者多个)，等待另外N个线程完成某个事情之后才能执行。

CyclicBrrier: 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。

重复使用CyclicBarrier、自定义一个所有线程到齐后的处理动作实例：

public class CyclicBarrierTest {

    /**
     * 可以自定义一个所有线程到齐后的处理动作，再唤醒所有线程工作
     */
    private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(6,()->{
        System.out.println("人都到齐了，大家high起来！");
    });

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            new T1("驴友"+i, i).start();
        }
    }

    public static class T1 extends Thread {
        private int workTime;

        public T1(String name, int workTime) {
            super(name);
            this.workTime = workTime;
        }

        @Override
        public void run() {
            //等待人齐吃饭
            eat();
            //等待人齐上车下一站旅游
            travel();
        }
        private void eat(){
            Thread t = Thread.currentThread();
            //System.out.println(t.getName() + "号旅客开始准备吃饭！");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(workTime);
                long start = System.currentTimeMillis();
                cyclicBarrier.await();
                long end = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(t.getName() + "号旅客吃饭了，sleep:"+workTime+",等待耗时" + (end - start));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }
        }

        private void travel(){
            Thread t = Thread.currentThread();
            //System.out.println(t.getName() + "号旅客开始准备吃饭！");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(workTime);
                long start = System.currentTimeMillis();
                cyclicBarrier.await();
                long end = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(t.getName() + "号旅客上车了，sleep:"+workTime+",等待耗时" + (end - start));
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

输出：

人都到齐了，大家high起来！
驴友5号旅客吃饭了，sleep:5,等待耗时0
驴友0号旅客吃饭了，sleep:0,等待耗时5002
驴友1号旅客吃饭了，sleep:1,等待耗时4000
驴友4号旅客吃饭了，sleep:4,等待耗时1000
驴友3号旅客吃饭了，sleep:3,等待耗时2000
驴友2号旅客吃饭了，sleep:2,等待耗时3000
人都到齐了，大家high起来！
驴友5号旅客上车了，sleep:5,等待耗时0
驴友4号旅客上车了，sleep:4,等待耗时999
驴友3号旅客上车了，sleep:3,等待耗时2000
驴友2号旅客上车了，sleep:2,等待耗时3000
驴友1号旅客上车了，sleep:1,等待耗时3999
驴友0号旅客上车了，sleep:0,等待耗时5000

其中一个线程被interrupt()打断实例：

public class CyclicBarrierBreakTest {

    private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(6);

    public static class T1 extends Thread {
        private int workTime;

        public T1(String name, int workTime) {
            super(name);
            this.workTime = workTime;
        }

        @Override
        public void run() {
            //等待人齐吃饭
            long start = 0, end = 0;
            Thread t = Thread.currentThread();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(workTime);
                start = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(t.getName() + "号旅客开始准备吃饭！");
                cyclicBarrier.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(t.getName() + "号旅客吃饭了，sleep:" + workTime + ",等待耗时" + (end - start));
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            int sleep = 0;
            //如果线程只是在睡眠过程时，中断的就不是cyclicBarrier.await();触发的，而是 TimeUnit.SECONDS.sleep(workTime);这时候就达不到效果
            T1 t = new T1("驴友" + i, sleep);
            t.start();
            if (i == 3) {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                System.out.println(t.getName() + ",有点急事，我先吃了！");
                t.interrupt();
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            }
        }
    }
}

输出：

驴友2号旅客开始准备吃饭！
驴友1号旅客开始准备吃饭！
驴友3号旅客开始准备吃饭！
驴友3,有点急事，我先吃了！
驴友3号旅客吃饭了，sleep:0,等待耗时1003
驴友2号旅客吃饭了，sleep:0,等待耗时1004
驴友1号旅客吃饭了，sleep:0,等待耗时1004
java.lang.InterruptedException
	at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.reportInterruptAfterWait(A
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
驴友4号旅客开始准备吃饭！
	at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:207)
驴友5号旅客开始准备吃饭！
	at java.util.concurrent.CyclicBarrier.await(CyclicBarrier.java:362)
驴友6号旅客开始准备吃饭！
	at com.self.current.CyclicBarrierBreakTest$T1.run(CyclicBarrierBreakTest.java:38)
驴友4号旅客吃饭了，sleep:0,等待耗时0
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
驴友6号旅客吃饭了，sleep:0,等待耗时0
	at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:207)
驴友5号旅客吃饭了，sleep:0,等待耗时1
java.util.concurrent.BrokenBarrierException

结论：

内部有一个人把规则破坏了（接收到中断信号），其他人都不按规则来了，不会等待了
接收到中断信号的线程，await方法会触发InterruptedException异常，然后被唤醒向下运行
其他等待中或者后面到达的线程，会在await()方法上触发BrokenBarrierException异常，然后继续执行

其中一个线程执行cyclicBarrier.await(2, TimeUnit.SECONDS);只执行超时等待2秒：

结论：

等待超时的方法
public int await(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException,BrokenBarrierException,TimeoutException
内部有一个人把规则破坏了（等待超时），其他人都不按规则来了，不会等待了
等待超时的线程，await方法会触发TimeoutException异常，然后被唤醒向下运行
其他等待中或者后面到达的线程，会在await()方法上触发BrokenBarrierException异常，然后继续执行

重建规则示例：

第一次规则被打乱了，过了一会导游重建了规则（cyclicBarrier.reset();），接着又重来来了一次模拟等待吃饭的操作，正常了。

public class CyclicBarrierResetTest {

    private static CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(6);

    private static boolean onOrder = false;

    public static class T1 extends Thread {
        private int workTime;

        public T1(String name, int workTime) {
            super(name);
            this.workTime = workTime;
        }

        @Override
        public void run() {
            //等待人齐吃饭
            long start = 0, end = 0;
            Thread t = Thread.currentThread();
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(workTime);
                start = System.currentTimeMillis();
                System.out.println(t.getName() + "号旅客开始准备吃饭！");
                if (!onOrder) {
                    if (this.getName().equals("驴友1")) {
                        cyclicBarrier.await(2, TimeUnit.SECONDS);
                    } else {
                        cyclicBarrier.await();
                    }
                } else {
                    cyclicBarrier.await();

                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (BrokenBarrierException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (TimeoutException e){
                e.printStackTrace();
            }
            end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(t.getName() + "号旅客吃饭了，sleep:" + workTime + ",等待耗时" + (end - start));
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            T1 t = new T1("驴友" + i, i);
            t.start();
        }
        //等待7秒之后，重置，重建规则
        TimeUnit.SECONDS.sleep(7);
        cyclicBarrier.reset();
        onOrder = true;
        System.out.println("---------------重新按按规则来，不遵守规则的没饭吃！------------------");
        //再来一次
        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            T1 t = new T1("驴友" + i, i);
            t.start();
        }
    }
}

输出：

驴友1号旅客开始准备吃饭！
驴友2号旅客开始准备吃饭！
驴友3号旅客开始准备吃饭！
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
驴友3号旅客吃饭了，sleep:3,等待耗时3
java.util.concurrent.TimeoutException
驴友1号旅客吃饭了，sleep:1,等待耗时2005
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
驴友2号旅客吃饭了，sleep:2,等待耗时1006
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
驴友4号旅客开始准备吃饭！
	at java.util.concurrent.CyclicBarrier.dowait(CyclicBarrier.java:207)
驴友4号旅客吃饭了，sleep:4,等待耗时0
驴友5号旅客开始准备吃饭！
驴友5号旅客吃饭了，sleep:5,等待耗时0
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
java.util.concurrent.BrokenBarrierException
驴友6号旅客开始准备吃饭！
驴友6号旅客吃饭了，sleep:6,等待耗时0

---------------重新按按规则来，不遵守规则的没饭吃！------------------
驴友1号旅客开始准备吃饭！
驴友2号旅客开始准备吃饭！
驴友3号旅客开始准备吃饭！
驴友4号旅客开始准备吃饭！
驴友5号旅客开始准备吃饭！
驴友6号旅客开始准备吃饭！
驴友6号旅客吃饭了，sleep:6,等待耗时0
驴友5号旅客吃饭了，sleep:5,等待耗时1000
驴友4号旅客吃饭了，sleep:4,等待耗时2000
驴友3号旅客吃饭了，sleep:3,等待耗时3000
驴友2号旅客吃饭了，sleep:2,等待耗时3999
驴友1号旅客吃饭了，sleep:1,等待耗时5000

JAVA线程池

线程池实现原理

类似于一个工厂的运作。

当向线程池提交一个任务之后，线程池的处理流程如下：

判断是否达到核心线程数，若未达到，则直接创建新的线程处理当前传入的任务，否则进入下个流程
线程池中的工作队列是否已满，若未满，则将任务丢入工作队列中先存着等待处理，否则进入下个流程
是否达到最大线程数，若未达到，则创建新的线程处理当前传入的任务，否则交给线程池中的饱和策略进行处理。

java中的线程池

jdk中提供了线程池的具体实现，实现类是：java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，主要构造方法：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize：核心线程大小，当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使有其他空闲线程可以处理任务也会创新线程，等到工作的线程数大于核心线程数时就不会在创建了。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法，线程池会提前把核心线程都创造好，并启动。(prestartCoreThread:启动一个核心线程或 prestartAllCoreThreads:启动全部核心线程 )

maximumPoolSize：线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且以创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。如果我们使用了无界队列(或者大小是Integer.MAX_VALUE，可能还没达到就OOM了)，那么所有的任务会加入队列，这个参数就没有什么效果了。

keepAliveTime：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。如果没有任务处理了，有些线程会空闲，空闲的时间超过了这个值，会被回收掉。如果任务很多，并且每个任务的执行时间比较短，避免线程重复创建和回收，可以调大这个时间，提高线程的利用率

unit：keepAliveTIme的时间单位，可以选择的单位有天、小时、分钟、毫秒、微妙、千分之一毫秒和纳秒。类型是一个枚举java.util.concurrent.TimeUnit，这个枚举也经常使用，有兴趣的可以看一下其源码

workQueue：工作队列，用于缓存待处理任务的阻塞队列，常见的有4种（ArrayBlockingQueue 、LinkedBlockingQueue 、SynchronousQueue 、PriorityBlockingQueue ）

threadFactory：线程池中创建线程的工厂，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

handler：饱和策略，当线程池无法处理新来的任务了，那么需要提供一种策略处理提交的新任务，默认有4种策略（AbortPolicy 、CallerRunsPolicy 、DiscardOldestPolicy、DiscardPolicy ）

调用线程池的execute方法处理任务，执行execute方法的过程：

判断线程池中运行的线程数是否小于corepoolsize，是：则创建新的线程来处理任务，否：执行下一步
试图将任务添加到workQueue指定的队列中，如果无法添加到队列，进入下一步
判断线程池中运行的线程数是否小于maximumPoolSize，是：则新增线程处理当前传入的任务，否：将任务传递给handler对象rejectedExecution方法处理

线程池的使用步骤：

调用构造方法创建线程池
调用线程池的方法处理任务
关闭线程池

线程池中常见5种工作队列

任务太多的时候，工作队列用于暂时缓存待处理的任务，jdk中常见的4种阻塞队列：

ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按照先进先出原则对元素进行排序

LinkedBlockingQueue：是一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按照先进先出排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool使用了这个队列。

SynchronousQueue ：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另外一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处理阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用这个队列。

PriorityBlockingQueue：优先级队列，进入队列的元素按照优先级会进行排序。

SynchronousQueue队列的线程池

使用Executors.newCachedThreadPool()创建线程池，看一下的源码：

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue());
    }

newCachedThreadPool()使用了SynchronousQueue同步队列，这种队列比较特殊，放入元素必须要有另外一个线程去获取这个元素，否则放入元素会失败或者一直阻塞在那里直到有线程取走，示例中任务处理休眠了指定的时间，导致已创建的工作线程都忙于处理任务，所以新来任务之后，将任务丢入同步队列会失败，丢入队列失败之后，会尝试新建线程处理任务。使用上面的方式创建线程池需要注意，如果需要处理的任务比较耗时，会导致新来的任务都会创建新的线程进行处理，可能会导致创建非常多的线程，最终耗尽系统资源，触发OOM。

//SynchronousQueue队列默认是false,采用先进后出的栈处理，也可以是公平队列先进先出。
public SynchronousQueue(boolean fair) {
    transferer = fair ? new TransferQueue() : new TransferStack();
}

PriorityBlockingQueue优先级队列的线程池

输出中，除了第一个任务，其他任务按照优先级高低按顺序处理。原因在于：创建线程池的时候使用了优先级队列，进入队列中的任务会进行排序，任务的先后顺序由Task中的i变量决定。向PriorityBlockingQueue加入元素的时候，内部会调用代码中Task的compareTo方法决定元素的先后顺序。

示例：

public class ThreadPoolExecutorPriorityTest {
    /**
     * 优先级队列执行的任务要实现Comparable比较
     */
    static class Task implements Runnable, Comparable {
        private int i;
        private String name;
        public Task(int i, String name) {
            this.i = i;
            this.name = name;
        }
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "处理" + this.name);
        }
        @Override
        public int compareTo(Task o) {
            return Integer.compare(o.i, this.i);
        }
    }

    //自定义线程工厂,优先级队列
    private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 60,
            TimeUnit.SECONDS, new PriorityBlockingQueue<>(), new DemoThreadFactory("订单创建组"), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            int j = i;
            String taskName = "task" + j;
            executor.execute(new Task(j,taskName));
        }

        for (int i = 90; i <= 100; i++) {
            int j = i;
            String taskName = "task" + j;
            executor.execute(new Task(j,taskName));
        }
        executor.shutdown();
    }
}

输出：

From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1处理task1
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1处理task100
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1处理task99
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1处理task98
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1处理task97
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自定义创建线程的工厂

给线程池中线程起一个有意义的名字，在系统出现问题的时候，通过线程堆栈信息可以更容易发现系统中问题所在。通过jstack查看线程的堆栈信息，也可以看到我们自定义的名称。

自定义创建工厂需要实现java.util.concurrent.ThreadFactory接口中的Thread newThread(Runnable r)方法，参数为传入的任务，需要返回一个工作线程。

示例：

public class ThreadPoolExecutorTest {

    //默认线程创建
    /*  private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 60,
              TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(15), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());*/

    //自定义线程工厂1
/*    private static final AtomicInteger nextId = new AtomicInteger(1);
    private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60,
            TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(12), (r -> {
        Thread t = new Thread(r);
        t.setName("示范线程" + nextId.getAndIncrement());
        return t;
    }), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());*/

    //自定义线程工厂2 ，推荐
    private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60,
            TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(15), new DemoThreadFactory("订单创建组"), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    public static void main(String[] args) {
        //提前启动所有核心线程
        executor.prestartAllCoreThreads();
        //提前启动一个核心线程
        executor.prestartCoreThread();
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            int j = i;
            String taskName = "task" + j;
            executor.execute(() -> {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(j);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行" + taskName + "完毕！");
            });
        }
        executor.shutdown();
    }
}

输出：

From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task1完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task2完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task3完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4线程执行task4完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-5线程执行task5完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task6完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task7完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task8完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4线程执行task9完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-5线程执行task10完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-6线程执行task17完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task11完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-7线程执行task20完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task12完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task13完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4线程执行task14完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-5线程执行task15完毕！

四种常见饱和策略

当线程池中队列已满，并且线程池已达到最大线程数，线程池会将任务传递给饱和策略进行处理。这些策略都实现了RejectedExecutionHandler接口。接口中有个方法：

void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor)

参数说明：

r：需要执行的任务

executor：当前线程池对象

JDK中提供了4种常见的饱和策略:

AbortPolicy：直接抛出异常。

CallerRunsPolicy：在当前调用者的线程中运行任务，即随丢来的任务，由他自己去处理。

DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的一个任务，即丢弃队列头部的一个任务，然后执行当前传入的任务。

DiscardPolicy：不处理，直接丢弃掉，方法内部为空。

解释：

//自定义线程工厂
private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 5, 60,
        TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(5),
        new DemoThreadFactory("订单创建组"), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        
AbortPolicy：直接抛出异常。
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
    throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
    " rejected from " +
    e.toString());
}
输出：到饱和策略时抛出异常记录，丢弃掉任务11个。
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task com.self.current.ThreadPoolExecutorTest$$Lambda$1/1915503092@50134894 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@2957fcb0[Running, pool size = 5, active threads = 4, queued tasks = 5, completed tasks = 0]
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2063)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:830)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1379)
	at com.self.current.ThreadPoolExecutorTest.main(ThreadPoolExecutorTest.java:47)
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task1完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task2完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task6完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task3完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task7完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4线程执行task8完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-5线程执行task9完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task4完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task5完毕！

        
CallerRunsPolicy：在当前调用者的线程中运行任务，即随丢来的任务，由他自己去处理。如main方法调用的线程池，则如果走到饱和策略处理时，由main方法处理这个任务。不会丢弃任何一个任务，但执行会变得很慢。
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            if (!e.isShutdown()) {
                r.run();
            }
        }    
输出：
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task1完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task2完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task6完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task3完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task8完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4线程执行task9完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task4完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-5线程执行task10完毕！
main线程执行task11完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task5完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task7完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4线程执行task12完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task13完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-5线程执行task14完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task15完毕！
main线程执行task17完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task16完毕！

DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的一个任务，即丢弃队列头部的一个任务，然后执行当前传入的任务。这时候线程池会在执行到饱和策略时丢弃掉头部最老的认为，没有任何记录，任务就丢掉了。
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
    if (!e.isShutdown()) {
    e.getQueue().poll();
    e.execute(r);
    }
}

输出：20个任务被无声无息地丢掉了11个
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task6完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task7完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4线程执行task8完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-5线程执行task9完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task16完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task17完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task18完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4线程执行task19完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-5线程执行task20完毕！

DiscardPolicy：不处理，直接丢弃掉，方法内部为空。没处理Runnable r就表示丢弃了。
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
}
输出：20个任务被无声无息地丢掉了10个
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task1完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task2完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task3完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task7完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task8完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4线程执行task9完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-5线程执行task10完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1线程执行task4完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2线程执行task5完毕！
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3线程执行task6完毕！

自定义饱和策略

需要实现RejectedExecutionHandler接口。任务无法处理的时候，我们想记录一下日志，我们需要自定义一个饱和策略。记录了任务的日志，对于无法处理多任务，我们最好能够记录一下，让开发人员能够知道。任务进入了饱和策略，说明线程池的配置可能不是太合理，或者机器的性能有限，需要做一些优化调整。

实例：

public class ThreadPoolExecutorRejectHandlerTest {
    static class Task implements Runnable {
        String name;

        public Task(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "处理" + this.name);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Task{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    '}';
        }
    }
    //自定义包含策略:可以直接用函数式方法定义，也可以实现RejectedExecutionHandler自定义
    private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 5, 60,
            TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(5),
            new DemoThreadFactory("订单创建组"), (r,executor)->{
        //自定义饱和策略
        //记录一下无法处理的任务
        System.out.println("无法处理的任务：" + r.toString());
    });

    public static void main(String[] args) {
        //提前启动所有核心线程
        executor.prestartAllCoreThreads();
        //提前启动一个核心线程
        executor.prestartCoreThread();
        for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            int j = i;
            String taskName = "task" + j;
            executor.execute(new Task(taskName));
        }
        executor.shutdown();
    }
}

输出：

无法处理的任务：Task{name='task10'}
无法处理的任务：Task{name='task11'}
无法处理的任务：Task{name='task12'}
无法处理的任务：Task{name='task13'}
无法处理的任务：Task{name='task14'}
无法处理的任务：Task{name='task15'}
无法处理的任务：Task{name='task16'}
无法处理的任务：Task{name='task17'}
无法处理的任务：Task{name='task18'}
无法处理的任务：Task{name='task19'}
无法处理的任务：Task{name='task20'}
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1处理task1
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2处理task6
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3处理task7
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4处理task8
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-5处理task9
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2处理task2
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1处理task3
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-4处理task5
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3处理task4

线程池中的2个关闭方法

线程池提供了2个关闭方法：shutdown和shutdownNow，当调用者两个方法之后，线程池会遍历内部的工作线程，然后调用每个工作线程的interrrupt方法给线程发送中断信号，内部如果无法响应中断信号的可能永远无法终止，所以如果内部有无线循环的，最好在循环内部检测一下线程的中断信号，合理的退出。调用者两个方法中任意一个，线程池的isShutdown方法（是否执行了关闭线程池命令）就会返回true，当所有的任务线程都关闭之后，才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法（是否关闭成功）会返回true。

调用shutdown方法之后，线程池将不再接受新任务，内部会将所有已提交的任务处理完毕，处理完毕之后，工作线程自动退出。

而调用shutdownNow方法后，线程池会将还未处理的（在队里等待处理的任务）任务移除，将正在处理中的处理完毕之后，工作线程自动退出。

至于调用哪个方法来关闭线程，应该由提交到线程池的任务特性决定，多数情况下调用shutdown方法来关闭线程池，如果任务不一定要执行完，则可以调用shutdownNow方法。

扩展线程池

ThreadPoolExecutor内部提供了几个方法beforeExecute、afterExecute、terminated，可以由开发人员自己去重写实现这些方法。

看一下线程池内部的源码：

try {
    beforeExecute(wt, task);//任务执行之前调用的方法
    Throwable thrown = null;
    try {
        task.run();
    } catch (RuntimeException x) {
        thrown = x;
        throw x;
    } catch (Error x) {
        thrown = x;
        throw x;
    } catch (Throwable x) {
        thrown = x;
        throw new Error(x);
    } finally {
        afterExecute(task, thrown);//任务执行完毕之后调用的方法
    }
} finally {
    task = null;
    w.completedTasks++;
    w.unlock();
}

beforeExecute：任务执行之前调用的方法，有2个参数，第1个参数是执行任务的线程，第2个参数是任务

protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }

afterExecute：任务执行完成之后调用的方法，2个参数，第1个参数表示任务，第2个参数表示任务执行时的异常信息，如果无异常，第二个参数为null

protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) { }

terminated：线程池最终关闭之后调用的方法。所有的工作线程都退出了，最终线程池会退出，退出时调用该方法

实例：

public class ThreadPoolExecutorExtensionTest {
    static class Task implements Runnable {
        String name;

        public Task(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "处理" + this.name);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Task{" +
                    "name='" + name + '\'' +
                    '}';
        }
    }
    //扩展线程池,可以继承也可以直接重写
    private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60,
            TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(15),
            new DemoThreadFactory("订单创建组"), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()){
        @Override
        protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
            System.out.println(t.getName() + ",开始执行任务:" + r.toString());
        }

        @Override
        protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",任务:" + r.toString() + "，执行完毕!");
        }

        @Override
        protected void terminated() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "，关闭线程池!");
        }
    };

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            int j = i;
            String taskName = "task" + j;
            executor.execute(new Task(taskName));
        }
        executor.shutdown();
    }
}

输出：

From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1,开始执行任务:Task{name='task1'}
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1处理task1
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2,开始执行任务:Task{name='task2'}
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2处理task2
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3,开始执行任务:Task{name='task3'}
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3处理task3
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-1,任务:Task{name='task1'}，执行完毕!
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-2,任务:Task{name='task2'}，执行完毕!
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3,任务:Task{name='task3'}，执行完毕!
From DemoThreadFactory's 订单创建组-Worker-3，关闭线程池!

合理地配置线程池

要想合理的配置线程池，需要先分析任务的特性，可以冲一下四个角度分析：

任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务
任务的优先级：高、中、低
任务的执行时间：长、中、短
任务的依赖性：是否依赖其他的系统资源，如数据库连接。

性质不同任务可以用不同规模的线程池分开处理。CPU密集型任务应该尽可能小的线程，如配置cpu数量+1个线程的线程池。由于IO密集型任务并不是一直在执行任务，不能让cpu闲着，则应配置尽可能多的线程，如：cup数量*2。混合型的任务，如果可以拆分，将其拆分成一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务，只要这2个任务执行的时间相差不是太大，那么分解后执行的吞吐量将高于串行执行的吞吐量。可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获取cpu数量。优先级不同任务可以对线程池采用优先级队列来处理，让优先级高的先执行。

使用队列的时候建议使用有界队列，有界队列增加了系统的稳定性，如果采用无界队列，任务太多的时候可能导致系统OOM，直接让系统宕机。

线程池中线程数量的配置

线程池中总线程大小对系统的性能有一定的影响，我们的目标是希望系统能够发挥最好的性能，过多或者过小的线程数量无法有效的使用机器的性能。在Java Concurrency in Practice书中给出了估算线程池大小的公式：

Ncpu = CUP的数量
Ucpu = 目标CPU的使用率，0<=Ucpu<=1
W/C = 等待时间与计算时间的比例
为保存处理器达到期望的使用率，最优的线程池的大小等于：
Nthreads = Ncpu × Ucpu × (1+W/C)
线程池数量 = CUP的数量 * 目标CPU的使用率 * 等待时间与计算时间的比例

使用建议

在《阿里巴巴java开发手册》中指出了线程资源必须通过线程池提供，不允许在应用中自行显示的创建线程，这样一方面是线程的创建更加规范，可以合理控制开辟线程的数量；另一方面线程的细节管理交给线程池处理，优化了资源的开销。而线程池不允许使用Executors去创建，而要通过ThreadPoolExecutor方式，这一方面是由于jdk中Executor框架虽然提供了如newFixedThreadPool()、newSingleThreadExecutor()、newCachedThreadPool()等创建线程池的方法，但都有其局限性，不够灵活；另外由于前面几种方法内部也是通过ThreadPoolExecutor方式实现，使用ThreadPoolExecutor有助于大家明确线程池的运行规则，创建符合自己的业务场景需要的线程池，避免资源耗尽的风险。

线程池不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

说明：Executors返回的线程池对象的弊端如下：

1） FixedThreadPool和SingleThreadPool：

允许的请求队列：LinkedBlockingQueue长度为Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致OOM。

2） CachedThreadPool：

允许的创建线程数量为Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致OOM。

疑问：

Q:LinkedBlockingQueue吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue，为什么？

JUC中的Executor框架

Excecutor框架主要包含3部分的内容：

任务相关的：包含被执行的任务要实现的接口：Runnable接口或Callable接口
任务的执行相关的：包含任务执行机制的核心接口Executor，以及继承自Executor的ExecutorService接口。Executor框架中有两个关键的类实现了ExecutorService接口（ThreadPoolExecutor和ScheduleThreadPoolExecutor）
异步计算结果相关的：包含接口Future和实现Future接口的FutureTask类

Executors框架包括：

Executor
ExecutorService
ThreadPoolExecutor
Executors
Future
Callable
FutureTask
CompletableFuture
CompletionService
ExecutorCompletionService

Executor接口

Executor接口中定义了方法execute(Runable able)接口，该方法接受一个Runable实例，他来执行一个任务，任务即实现一个Runable接口的类。

ExecutorService接口

ExecutorService继承于Executor接口，他提供了更为丰富的线程实现方法，比如ExecutorService提供关闭自己的方法，以及为跟踪一个或多个异步任务执行状况而生成Future的方法。

ExecutorService有三种状态：运行、关闭、终止。创建后便进入运行状态，当调用了shutdown()方法时，便进入了关闭状态，此时意味着ExecutorService不再接受新的任务，但是他还是会执行已经提交的任务，当所有已经提交了的任务执行完后，便达到终止状态。如果不调用shutdown方法，ExecutorService方法会一直运行下去，系统一般不会主动关闭。

ThreadPoolExecutor类

线程池类，实现了ExecutorService接口中所有方法，参考线程池的使用。

ScheduleThreadPoolExecutor定时器

ScheduleThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor(实现了线程池的核心功能),实现了ScheduledExecutorService（实现了定时器调度功能），他主要用来延迟执行任务，或者定时执行任务。功能和Timer类似，但是ScheduleThreadPoolExecutor更强大、更灵活一些。Timer后台是单个线程，而ScheduleThreadPoolExecutor可以在创建的时候指定多个线程。

public class ScheduledThreadPoolExecutor
        extends ThreadPoolExecutor
        implements ScheduledExecutorService {
            public  ScheduledFuture schedule(Callable callable,
                                           long delay, TimeUnit unit);
        }

schedule:延迟执行任务1次

使用ScheduleThreadPoolExecutor的schedule方法，看一下这个方法的声明：

public ScheduledFuture schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)

3个参数：

command：需要执行的任务

delay：需要延迟的时间

unit：参数2的时间单位，是个枚举，可以是天、小时、分钟、秒、毫秒、纳秒等

实例：

//只延迟调度一次
public static void main(String[] args) {
    ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3,
            new DemoThreadFactory("延迟调度线程池"));
    scheduledThreadPool.schedule(()->{
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"开始执行调度！");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(System.currentTimeMillis()+"执行调度结束！");
    },3,TimeUnit.SECONDS);
}

输出：

1598509985652开始执行调度！
1598509990653执行调度结束！

scheduleAtFixedRate:固定的频率执行任务

使用ScheduleThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate方法，该方法设置了执行周期，下一次执行时间相当于是上一次的执行时间加上period，任务每次执行完毕之后才会计算下次的执行时间。

看一下这个方法的声明：

public ScheduledFuture scheduleAtFixedRate(Runnable command,
                                                  long initialDelay,
                                                  long period,
                                                  TimeUnit unit);

4个参数：

command：表示要执行的任务

initialDelay：表示延迟多久执行第一次

period：连续执行之间的时间间隔

unit：参数2和参数3的时间单位，是个枚举，可以是天、小时、分钟、秒、毫秒、纳秒等

假设系统调用scheduleAtFixedRate的时间是T1，那么执行时间如下：

第1次：T1+initialDelay

第2次：T1+initialDelay+period(这时候如果第一次执行完后时间大于固定频率的时间，就会被马上调度起来)

第3次：T1+initialDelay+2*period

第n次：T1+initialDelay+(n-1)*period

实例：

//scheduleAtFixedRate()表示每次方法的执行周期是多久关注的是执行周期，如果已经到了执行周期，就会立即开启调度任务，时间间隔是调度任务开始时间加周期
public static void main2(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    //任务执行计数器
    AtomicInteger count = new AtomicInteger(1);
    ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = new ScheduledThreadPoolExecutor(3,
            new DemoThreadFactory("延迟调度线程池"),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
    ScheduledFuture schedule = scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(() -> {
        int currCount = count.getAndIncrement();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+new Date(System.currentTimeMillis()) + " 第" + currCount + "次" + "开始执行");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+new Date(System.currentTimeMillis()) + " 第" + currCount + "次" + "结束执行");
    }, 1,3, TimeUnit.SECONDS);

}

输出：

From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:36:17 CST 2020 第1次开始执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:36:22 CST 2020 第1次结束执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:36:22 CST 2020 第2次开始执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:36:27 CST 2020 第2次结束执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-2:Thu Aug 27 14:36:27 CST 2020 第3次开始执行
任务当前执行完毕之后会计算下次执行时间，下次执行时间为上次执行的开始时间+period，这个时间小于第一次结束的时间了，说明小于系统当前时间了，会立即执行。

scheduleWithFixedDelay:固定的间隔执行任务

使用ScheduleThreadPoolExecutor的scheduleWithFixedDelay方法，该方法设置了执行周期，与scheduleAtFixedRate方法不同的是，下一次执行时间是上一次任务执行完的系统时间加上period，因而具体执行时间不是固定的，但周期是固定的，是采用相对固定的延迟来执行任务。看一下这个方法的声明：

public ScheduledFuture scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
                                                     long initialDelay,
                                                     long delay,
                                                     TimeUnit unit);

4个参数：

command：表示要执行的任务

initialDelay：表示延迟多久执行第一次

period：表示下次执行时间和上次执行结束时间之间的间隔时间

unit：参数2和参数3的时间单位，是个枚举，可以是天、小时、分钟、秒、毫秒、纳秒等

假设系统调用scheduleAtFixedRate的时间是T1，那么执行时间如下：

第1次：T1+initialDelay，执行结束时间：E1(执行结束时间是不固定的)

第2次：E1+period，执行结束时间：E2

第3次：E2+period，执行结束时间：E3

第4次：E3+period，执行结束时间：E4

第n次：上次执行结束时间+period

实例：

//scheduleWithFixedDelay()表示每次方法执行完后延迟多久执行，关注的是延迟时间，时间间隔是调度任务结束时间加延迟时间
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    //任务执行计数器
    AtomicInteger count = new AtomicInteger(1);
    ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4,
            new DemoThreadFactory("延迟调度线程池"));
    ScheduledFuture schedule = scheduledThreadPool.scheduleWithFixedDelay(() -> {
        int currCount = count.getAndIncrement();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+new Date(System.currentTimeMillis()) + " 第" + currCount + "次" + "开始执行");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+new Date(System.currentTimeMillis()) + " 第" + currCount + "次" + "结束执行");
    }, 1,3, TimeUnit.SECONDS);

}

输出：

From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:39:16 CST 2020 第1次开始执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:39:22 CST 2020 第1次结束执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:39:25 CST 2020 第2次开始执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:39:30 CST 2020 第2次结束执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-2:Thu Aug 27 14:39:33 CST 2020 第3次开始执行
延迟1秒之后执行第1次，后面每次的执行时间和上次执行结束时间间隔3秒。

定时任务有异常——没有对异常处理则定时任务会结束

先说补充点知识：schedule、scheduleAtFixedRate、scheduleWithFixedDelay这几个方法有个返回值ScheduledFuture，通过ScheduledFuture可以对执行的任务做一些操作，如判断任务是否被取消、是否执行完成。

再回到上面代码，任务中有个10/0的操作，会触发异常，发生异常之后没有任何现象，被ScheduledExecutorService内部给吞掉了，然后这个任务再也不会执行了，scheduledFuture.isDone()输出true，表示这个任务已经结束了，再也不会被执行了。所以如果程序有异常，开发者自己注意try-catch处理一下，不然跑着跑着发现任务怎么不跑了，也没有异常输出。

实例：

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
    //任务执行计数器
    AtomicInteger count = new AtomicInteger(1);
    ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4,
            new DemoThreadFactory("延迟调度线程池"));
    ScheduledFuture schedule = scheduledThreadPool.scheduleWithFixedDelay(() -> {
        int currCount = count.getAndIncrement();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+new Date(System.currentTimeMillis()) + " 第" + currCount + "次" + "开始执行");
    /*    try {
            System.out.println(10/0);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }*/
        System.out.println(10/0);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+new Date(System.currentTimeMillis()) + " 第" + currCount + "次" + "结束执行");
    }, 1,3, TimeUnit.SECONDS);
    TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
    System.out.println(schedule.isCancelled());
    System.out.println(schedule.isDone());
}

输出：

From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:45:09 CST 2020 第1次开始执行
false
true

取消定时任务的执行——调用ScheduledFuture的cancel方法

可能任务执行一会，想取消执行，可以调用ScheduledFuture的cancel方法，参数表示是否给任务发送中断信号。

示例：

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        //任务执行计数器
        AtomicInteger count = new AtomicInteger(1);
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4,
                new DemoThreadFactory("延迟调度线程池"));
        ScheduledFuture schedule = scheduledThreadPool.scheduleWithFixedDelay(() -> {
            int currCount = count.getAndIncrement();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+new Date(System.currentTimeMillis()) + " 第" + currCount + "次" + "开始执行");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+new Date(System.currentTimeMillis()) + " 第" + currCount + "次" + "结束执行");
        }, 1,3, TimeUnit.SECONDS);
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        schedule.cancel(false);
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        System.out.println("任务是否被取消："+schedule.isCancelled());
        System.out.println("任务是否已完成："+schedule.isDone());
    }
}

输出：

From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:53:12 CST 2020 第1次开始执行
任务是否被取消：true
任务是否已完成：true
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:53:17 CST 2020 第1次结束执行

Executors类——线程池工具类

Executors类，提供了一系列工厂方法用于创建线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。常用的方法有：

newSingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory)

创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。内部使用了无限容量的LinkedBlockingQueue阻塞队列来缓存任务，任务如果比较多，单线程如果处理不过来，会导致队列堆满，引发OOM。

newFixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory)

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，在提交新任务，任务将会进入等待队列中等待。如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。内部使用了无限容量的LinkedBlockingQueue阻塞队列来缓存任务，任务如果比较多，如果处理不过来，会导致队列堆满，引发OOM。

newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool()
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory)

创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，

那么就会回收部分空闲（60秒处于等待任务到来）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池的最大值是Integer的最大值(2^31-1)。内部使用了SynchronousQueue同步队列来缓存任务，此队列的特性是放入任务时必须要有对应的线程获取任务，任务才可以放入成功。如果处理的任务比较耗时，任务来的速度也比较快，会创建太多的线程引发OOM。

newScheduledThreadPool

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory)

创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

Future、Callable接口

Future、Callable接口需要结合ExecutorService来使用，需要有线程池的支持。

Future接口定义了操作异步异步任务执行一些方法，如获取异步任务的执行结果、取消任务的执行、判断任务是否被取消、判断任务执行是否完毕等。

Callable接口中定义了需要有返回的任务需要实现的方法。——相当于有返回值的Runnable

@FunctionalInterface
public interface Callable {
    V call() throws Exception;
}

比如主线程让一个子线程去执行任务，子线程可能比较耗时，启动子线程开始执行任务后，主线程就去做其他事情了，过了一会才去获取子任务的执行结果。

Future其他方法介绍一下

cancel：取消在执行的任务，参数表示是否对执行的任务发送中断信号，方法声明如下：

boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);

isCancelled：用来判断任务是否被取消

isDone：判断任务是否执行完毕。

调用线程池的submit方法执行任务，submit参数为Callable接口：表示需要执行的任务有返回值，submit方法返回一个Future对象，Future相当于一个凭证，可以在任意时间拿着这个凭证去获取对应任务的执行结果（调用其get方法），代码中调用了result.get()方法之后，此方法会阻塞当前线程直到任务执行结束。

实例：

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
            String taskName = "task";
        Future future = executor.submit(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
           // System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行" + taskName + "完毕！");
            return "finished";
        });
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        //取消正在执行的任务，mayInterruptIfRunning:是否发送中断信息
        future.cancel(false);
        System.out.println(future.isCancelled());
        System.out.println(future.isDone());
        //System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + ",结果：" + future.get());
        try {
            //超时获取异步任务执行结果
            System.out.println(System.currentTimeMillis() + "," + Thread.currentThread().getName() + ",结果：" + future.get(10,TimeUnit.SECONDS));
        } catch (TimeoutException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        executor.shutdown();
    }
}

输出：

Exception in thread "main" java.util.concurrent.CancellationException
	at java.util.concurrent.FutureTask.report(FutureTask.java:121)
	at java.util.concurrent.FutureTask.get(FutureTask.java:206)
	at com.self.current.FutureTest.main(FutureTest.java:46)
true
true

FutureTask类

FutureTask除了实现Future接口，还实现了Runnable接口，因此FutureTask可以交给Executor执行，也可以交给线程执行执行（Thread有个Runnable的构造方法），FutureTask表示带返回值结果的任务。线程池的submit方法返回的Future实际类型正是FutureTask对象 .

疑问：

Q:线程池执行submit()方法是如何调用Callable任务的？

A:Callable通过线程池执行的过程，封装为Runnable。线程池执行submit()方法会把Callable包装成FutrueTask对象，此对象实现了Runnable接口，当调用FutrueTask的run方法时，会把其属性中的Callable拿出来执行call()方法。示例代码如下：

  public  Future submit(Callable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
    
        public void run() {
        try {
            Callable c = callable;
            if (c != null && state == NEW) {
                V result;
                boolean ran;
                try {
                    result = c.call();
                    ran = true;
                } catch (Throwable ex) {
                    result = null;
                    ran = false;
                    setException(ex);
                }
                if (ran)
                    set(result);
            }
        }
    }

Q:多线程并行处理定时任务时，Timer运行多个TimeTask时，只要其中之一没有捕获抛出的异常，其它任务便会自动终止运行，使用ScheduledExecutorService则没有这个问题。是因为ScheduledExecutorService是多线程么？

A:是因为Timer只有一个线程在运行，while(true)循环不断地从队列中获取任务执行，而当线程被被杀死或者中断时，就相当于关闭了Timer.

Q: ScheduleThreadPoolExecutor定时器并不关心线程数多少，他不是并发的执行多任务，只关心调度一个定时任务，线程数的多少只是影响多个任务再调度时需要多个线程，这样理解对么？

A:我认为这样理解是对的，而这样也可以解释上面Timer运行多个TimeTask时，只要其中之一没有捕获抛出的异常，其它任务便会自动终止运行的原因，是因为Timer只有一个线程在运行，while(true)循环不断地从队列中获取任务执行，而当线程被被杀死或者中断时，就相当于关闭了Timer.下面是多个任务调度时会创建多个线程去执行。

From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:22:22 CST 2020 第1次开始执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-2:Thu Aug 27 14:22:22 CST 2020 第2次开始执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-3:Thu Aug 27 14:22:22 CST 2020 第3次开始执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:22:27 CST 2020 第1次结束执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-2:Thu Aug 27 14:22:27 CST 2020 第2次结束执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-3:Thu Aug 27 14:22:27 CST 2020 第3次结束执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-1:Thu Aug 27 14:22:30 CST 2020 第4次开始执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-4:Thu Aug 27 14:22:30 CST 2020 第5次开始执行
From DemoThreadFactory's 延迟调度线程池-Worker-2:Thu Aug 27 14:22:30 CST 2020 第6次开始执行

CompletionService接口——获取线程池中已经完成的任务

CompletionService相当于一个执行任务的服务，通过submit丢任务给这个服务，服务内部去执行任务，可以通过服务提供的一些方法获取服务中已经完成的任务。

接口内的几个方法：

Future submit(Callable task);

用于向服务中提交有返回结果的任务，并返回Future对象

Future submit(Runnable task, V result);

用户向服务中提交有返回值的任务去执行，并返回Future对象。Runnable会被包装成有返回值的Callable，返回值为传入的result。

Future take() throws InterruptedException;

从服务中返回并移除一个已经完成的任务，如果获取不到，会一致阻塞到有返回值为止。此方法会响应线程中断。

Future poll();

从服务中返回并移除一个已经完成的任务，如果内部没有已经完成的任务，则返回空，此方法会立即响应。

Future poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

尝试在指定的时间内从服务中返回并移除一个已经完成的任务，等待的时间超时还是没有获取到已完成的任务，则返回空。此方法会响应线程中断

通过submit向内部提交任意多个任务，通过take方法可以获取已经执行完成的任务，如果获取不到将等待。

ExecutorCompletionService

ExecutorCompletionService类是CompletionService接口的具体实现。

说一下其内部原理，ExecutorCompletionService创建的时候会传入一个线程池，调用submit方法传入需要执行的任务，任务由内部的线程池来处理；ExecutorCompletionService内部有个阻塞队列，任意一个任务完成之后，会将任务的执行结果（Future类型）放入阻塞队列中，然后其他线程可以调用它take、poll方法从这个阻塞队列中获取一个已经完成的任务，获取任务返回结果的顺序和任务执行完成的先后顺序一致，所以最先完成的任务会先返回。

看一下构造方法：

public ExecutorCompletionService(Executor executor) {
        if (executor == null)
            throw new NullPointerException();
        this.executor = executor;
        this.aes = (executor instanceof AbstractExecutorService) ?
            (AbstractExecutorService) executor : null;
        this.completionQueue = new LinkedBlockingQueue>();
    }

构造方法需要传入一个Executor对象，这个对象表示任务执行器，所有传入的任务会被这个执行器执行。

completionQueue是用来存储任务结果的阻塞队列，默认用采用的是LinkedBlockingQueue，也支持开发自己设置。通过submit传入需要执行的任务，任务执行完成之后，会放入completionQueue中。

任务完成入队操作原理：

还是通过线程池execute()方法执行一个FutureTask包装的Callable任务，FutureTask里的run方法会调用Callable任务call()方法执行具体的认为，并在执行结算后执行set(result);设置返回值操作，而设置返回值操作中的finishCompletion()方法会调用钩子方法done(),ExecutorCompletionService里定义的QueueingFuture继承了FutureTask，重写了钩子方法，把完成的方法入队保存起来了。

场景：买新房了，然后在网上下单买冰箱、洗衣机，电器商家不同，所以送货耗时不一样，然后等他们送货，快递只愿送到楼下，然后我们自己将其搬到楼上的家中。这时候我们需要根据异步先完成的快递，拿个先到对其获取做处理——搬上楼。

示例：

public class ExecutorCompletionServiceTest {

    static class GoodsModel {
        //商品名称
        String name;
        //购物开始时间
        long startime;
        //送到的时间
        long endtime;

        public GoodsModel(String name, long startime, long endtime) {
            this.name = name;
            this.startime = startime;
            this.endtime = endtime;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return name + "，下单时间[" + this.startime + "," + endtime + "]，耗时:" + (this.endtime - this.startime);
        }
    }
    /**
     * 将商品搬上楼
     *
     * @param goodsModel
     * @throws InterruptedException
     */
    static void moveUp(GoodsModel goodsModel) throws InterruptedException {
        //休眠5秒，模拟搬上楼耗时
        TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
        System.out.println("将商品搬上楼，商品信息:" + goodsModel);
    }

    /**
     * 模拟下单
     *
     * @param name     商品名称
     * @param costTime 耗时
     * @return
     */
    static Callable buyGoods(String name, long costTime) {
        return () -> {
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(startTime + "购买" + name + "下单!");
            //模拟送货耗时
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(costTime);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            long endTime = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(endTime + name + "送到了!");
            return new GoodsModel(name, startTime, endTime);
        };
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        long st = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(st + "开始购物!");
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60,
                TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10),
                new DemoThreadFactory("订单创建组"), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        ExecutorCompletionService completionService = new ExecutorCompletionService<>(executor);
        //异步下单购买
        completionService.submit(buyGoods("电视机", 3));
        completionService.submit(buyGoods("洗碗机", 5));
        executor.shutdown();
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            //可以获取到最先到的商品
            GoodsModel goodsModel = completionService.take().get();
            //将最先到的商品送上楼
            moveUp(goodsModel);
        }
        long et = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(et + "货物已送到家里咯，哈哈哈！");
        System.out.println("总耗时:" + (et - st));
    }
}

1598583792616开始购物!
1598583792707购买电视机下单!
1598583792708购买洗碗机下单!
1598583795708电视机送到了!
1598583797709洗碗机送到了!
将商品搬上楼，商品信息:电视机，下单时间[1598583792707,1598583795708]，耗时:3001
将商品搬上楼，商品信息:洗碗机，下单时间[1598583792708,1598583797709]，耗时:5001
1598583805710货物已送到家里咯，哈哈哈！
总耗时:13094

异步执行一批任务，有一个完成立即返回，其他取消——线程池invokeAny ()方法

如果是要返回所有的任务结果，则调用 invokeAll(Collection tasks)方法，invokeAny ()和invokeAll（）都有超时调用方法。如果超时时间到了，调用结束后还没有全部完成，会对所有工作线程发送中断信号中断操作。

方法声明如下：

 T invokeAny(Collection> tasks)
        throws InterruptedException, ExecutionException;

示例：

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        long st = System.currentTimeMillis();
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60,
                TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10),
                new DemoThreadFactory("订单创建组"), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        List> list = new ArrayList<>();
        int taskCount = 5;
        for (int i = taskCount; i > 0; i--) {
            int j = i * 2;
            String taskName = "任务"+i;
            list.add(() -> {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(j);
                System.out.println(taskName+"执行完毕!");
                return j;
            });
        }
        //Integer integer = invokeAny(executor, list);
        //ExecutorService提供异步执行一批任务，有一个完成立即返回，其他取消
        Integer integer = executor.invokeAny(list);
        System.out.println("耗时:" + (System.currentTimeMillis() - st) + ",执行结果:" + integer);
        executor.shutdown();
    }

    private static  T invokeAny(ThreadPoolExecutor executor, List> list) throws InterruptedException, ExecutionException {
        ExecutorCompletionService completionService = new ExecutorCompletionService(executor);
        List> futureList = new ArrayList<>();
        for (Callable s : list) {
            futureList.add(completionService.submit(s));
        }
        int n = list.size();
        try {
            for (int i = 0; i < n; ++i) {
                T r = completionService.take().get();
                if (r != null) {
                    return r;
                }
            }
        } finally {
            for (Future future : futureList) {
                future.cancel(true);
            }
        }
        return null;
    }
}

输出：

任务1执行完毕!
耗时:2053,执行结果:2

CompletableFuture——当异步任务完成或者发生异常时，自动调用回调对象的回调方法，主线程无需等待获取结果,异步是以守护线程执行的，如果是用线程池作为执行器则不是守护线程

使用Future获得异步执行结果时，要么调用阻塞方法get()，要么轮询看isDone()是否为true，这两种方法都不是很好，因为主线程也会被迫等待。

从Java 8开始引入了CompletableFuture，它针对Future做了改进，可以传入回调对象，当异步任务完成或者发生异常时，自动调用回调对象的回调方法。

我们以获取股票价格为例，看看如何使用CompletableFuture：

CompletableFuture的优点是：

异步任务结束时，会自动回调某个对象的方法；
异步任务出错时，会自动回调某个对象的方法；
主线程设置好回调后，不再关心异步任务的执行。

如果只是实现了异步回调机制，我们还看不出CompletableFuture相比Future的优势。CompletableFuture更强大的功能是，多个CompletableFuture可以串行执行，多个CompletableFuture还可以并行执行。

除了anyOf()可以实现“任意个CompletableFuture只要一个成功”，allOf()可以实现“所有CompletableFuture都必须成功”，这些组合操作可以实现非常复杂的异步流程控制。

最后我们注意CompletableFuture的命名规则：

xxx()：表示该方法将继续在已有的线程中执行；
xxxAsync()：表示将异步在线程池中执行。

示例：

public class CompletableFutureTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建异步执行任务:
        CompletableFuture cf = CompletableFuture.supplyAsync(CompletableFutureTest::fetchPrice);
        // 如果执行成功:
        cf.thenAccept((result) -> {
            System.out.println("price: " + result);
        });
        // 如果执行异常:
        cf.exceptionally((e) -> {
            e.printStackTrace();
            return null;
        });
        // 主线程不要立刻结束，否则CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭:
        Thread.sleep(200);
    }

    static Double fetchPrice() {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        if (Math.random() < 0.3) {
            throw new RuntimeException("fetch price failed!");
        }
        return 5 + Math.random() * 20;
    }

}

定义两个CompletableFuture，第一个CompletableFuture根据证券名称查询证券代码，第二个CompletableFuture根据证券代码查询证券价格，这两个CompletableFuture实现串行操作如下：

public class CompletableFutureSerialTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //先获取股票代码
        CompletableFuture tesla = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return CompletableFutureSerialTest.queryCode("tesla");
        });
        //再获取股票代码对应的股价
        CompletableFuture priceFuture = tesla.thenApplyAsync((code) -> {
            return CompletableFutureSerialTest.fetchPrice(code);
        });
        //打印结果
        priceFuture.thenAccept((price)->{
            System.out.println("price: " + price);
        });
        // 主线程不要立刻结束，否则CompletableFuture默认使用的线程池会立刻关闭:
        Thread.sleep(2000);
    }

    static String queryCode(String name) {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        return "601857";
    }

    static Double fetchPrice(String code) {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        return 5 + Math.random() * 20;
    }
}

输出：

price: 23.116752498711122

示例：同时从新浪和网易查询证券代码，只要任意一个返回结果，就进行下一步查询价格，查询价格也同时从新浪和网易查询，只要任意一个返回结果，就完成操作。

public class CompletableFutureParallelTest {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 两个CompletableFuture执行异步查询:
        CompletableFuture teslaSina = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return CompletableFutureParallelTest.queryCode("tesla","https://finance.sina.com.cn/code/");
        });

        CompletableFuture tesla163 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            return CompletableFutureParallelTest.queryCode("tesla","https://money.163.com/code/");
        });
        // 用anyOf合并为一个新的CompletableFuture:
        CompletableFuture

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