Java多线程并发编程-线程池

线程池

问题思考

• 问题1、用多线程的目的是什么？

充分利用 CPU 资源，并发做多件事。

• 问题2、单核 CPU 机器上适不适合用多线程？

适合，如果是单线程，线程中需要等待 IO 时，此时 CPU 就空闲出来了。

• 问题3、线程什么时候会让出 CPU？

阻塞时，wait，await，等待IO，sleep，yield，执行结束了。。

• 问题4、线程是什么？

执行任务的基本单位。一条代码执行流，完成一组代码的执行。这一组代码，我们往往称为一个任务。

• 问题5、CPU 做的是什么工作？

执行代码

• 问题6、线程是不是越多越好？

造卡车（线程）要不要时间？一次使用，用完了得销毁，销毁要不要耗时间？
1、线程在java中是一个对象，每一个java线程都需要有一个操作系统线程支持。线程创建、销毁需要时间。如果 创建时间+销毁时间 > 执行任务时间 就很不合算。

造很多的卡车，得需要空间来放它们，会不会造成内存紧张？
2、java对象占用堆内存，操作系统线程占用系统内存，根据 jvm 规范，一个线程默认最大栈大小 1M，这个栈空间是需要从系统内存中分配的。
线程过多，会消耗很多内存
3、操作系统需要频繁切换线程上下文（大家都想被运行），影响性能。

• 问题7、该如何正确使用多线程

多线程目的：充分利用 CPU 并发做事
线程的本质：将代码送给 CPU 执行
用合适数量的卡车不断运送代码即可，这个合适数量的线程就构成了一个池。
有任务要执行，就放入池中，池中的一个线程将把任务运送到 CPU 执行。

线程池原理

• 接收任务，放入仓库
• 工作线程从仓库取任务，执行
• 当没有任务时，线程阻塞，当有任务时唤醒线程执行

任务用什么表示

• Runnable
• Callable

仓库用什么：BlockingQueue

• 阻塞队列，线程安全的：在队列为空时获取阻塞，在队列满时放入阻塞。
• BlockingQueue的方法以四种形式出现，对于不能立即满足但可能在将来某一时刻可以满足的操作，这四种形式的处理方式不同：第一种是抛出异常，第二种是返回一个特殊值（null或false，具体取决于操作），第三种是在操作可以成功前，无限期地阻塞当前线程，第四种是在放弃前只在给定的最大时间限制内阻塞。总结如下表：

方法/处理方法	抛出异常	返回特殊值	一直阻塞	超时退出
插入方法	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e, time, unit)
移出方法	remove()	poll()	take()	poll(time, unit)
检查方法	element()	peek()	不可用	不可用

• 问题8、如何确定合适数量的线程

如果是计算型任务？
CPU数量的1-2倍

如果是IO型任务？
需啊哟多一些线程，要根据具体IO阻塞时长进行考量决定。如 tomcat 中默认的最大线程数为200。也可以考虑根据需要在一个最小数量和最大数量间自动增减线程数。

自己实现一个线程池

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

import static java.lang.System.out;

/**
 * @description: 自己实现一个线程池
 * @author: 10217629
 * @date: 2019/4/12
 */
public class FixedSizeThreadPool {
    // 思考：如果我们需要手写一个线程池，需要什么东西？

    // 1. 需要一个仓库
    private BlockingQueue<Runnable> blockingQueue;

    // 2. 需要一个线程集合
    private List<Thread> workers;

    // 3. 需要一个干活的线程
    public static class Worker extends Thread {
        private FixedSizeThreadPool pool;

        public Worker(FixedSizeThreadPool pool) {
            this.pool = pool;
        }

        @Override
        public void run() {
            // 去仓库拿东西
            while (this.pool.isWorking || this.pool.blockingQueue.size() > 0) {
                Runnable task = null;
                try {
                    if (this.pool.isWorking) {
                        // 阻塞方式
                        task = this.pool.blockingQueue.take();
                    } else {
                        // 非阻塞方式
                        task = this.pool.blockingQueue.poll();
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (task != null) {
                    task.run();
                    out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + "执行完毕");
                }
            }
        }
    }

    // 4. 需要初始化规定好仓库的大小以及集合，同时把线程准备就绪
    public FixedSizeThreadPool(int poolSize, int taskSize) {
        if (poolSize <= 0 || taskSize <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("非法参数");
        }
        this.blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>(taskSize);
        // Collections.synchronizedList：处理线程安全
        this.workers = Collections.synchronizedList(new ArrayList<Thread>());
        for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
            Worker worker = new Worker(this);
            worker.start();
            workers.add(worker);
        }
    }

    // 5. 需要向仓库放的代码（阻塞）
    public void excute(Runnable task) {
        try {
            this.blockingQueue.put(task);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 6. 需要向仓库放的代码（非阻塞）
    public boolean submit(Runnable task) {
        if (this.isWorking) {
            return this.blockingQueue.offer(task);
        } else {
            return false;
        }
    }

    // 7. 需要一个关闭方法
    // a. 关闭的时候，仓库要停止新的线程进来
    // b. 关闭的时候，如果仓库没有东西，我们要执行完
    // c. 关闭的时候，如果去仓库拿东西，我们就不能阻塞了
    // d. 关闭的时候，把阻塞的线程全部中断
    private volatile boolean isWorking = true;
    public void shutdown() {
        this.isWorking = false;
        for (Thread thread : workers) {
            if (thread.getState().equals(Thread.State.WAITING) || thread.getState().equals(Thread.State.BLOCKED)) {
                thread.interrupt();
            }
        }
    }

    // 测试
    public static void main(String[] args) {
        FixedSizeThreadPool pool = new FixedSizeThreadPool(3, 6);
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            pool.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    out.println("一个线程被放入到我们的仓库中...");
                    try {
                        Thread.sleep(2000L);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        out.println("有线程被中断");
                    }
                }
            });
        }
        pool.shutdown();
    }
}

JDK线程池API

• Java并发包提供了丰富的线程池实现

Executor

• Executor 接口：
  

ExecutorService

• ExecutorService 加入了关闭方法和对Callable、Future的支持：
  

ScheduledExecutorService

• ScheduledExecutorService 加入对定时任务的支持：
  
  

Callable

• Callable 对 Runnable 的改进：可以返回值，可以抛出异常：
  

Future

• Future 异步任务监视器，让提交者可以监控任务的执行：
  

ThreadPoolExecutor

• ThreadPoolExecutor 线程池标准实现：
  
  

Executors

• Executors 创建线程池的工厂类，快速得到线程池的工具类，减轻我们的任务，它的工厂方法：
  
• newFixedThreadPool(int nThreads)：创建一个固定大小、任务队列容量无界的线程池。池的核心线程数 = 最大线程数 = nThreads。
• newCachedThreadPool()：创建的是一个大小无界的缓冲线程池。它的任务队列是一个同步队列。任务加入到池中，如果池中有空闲线程，则用空闲线程执行，如无则创建新线程执行。池中的线程空闲超过60秒，池中的核心线程数 = 0 最大线程数 = Integer.MAX_VALUE。
• newSingleThreadExecutor()：只有一个任务队列的单一线程池。该线程池确保任务按加入的顺序一个一个依次执行，任何时刻只有一个线程来执行无界队列的任务。当唯一的线程因任务异常终止时，将创建一个新的线程类继续执行后续的任务。单一线程与 newFixedThreadPool的区别在于：单一线程池的大小是不能再改变的。
• newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：能定时执行任务的线程池。该池的核心线程数由参数指定，最大线程数 = Integer.MAX_VALUE。
• newWorkStealingPool()：以当前系统可用处理器数作为并行级别创建的 work-stealing thread pool。
• newWorkStealingPool(int parallelism)：以 parallelism 指定的并行级别创建的 work-stealing thread pool（ForkJoinPool）。