线程池
为什么要用线程池？
池化技能想必各人都已经家常便饭了，线程池，数据库毗连池，http毗连池等等都是对这个头脑的应用。池化技能的头脑重要是为了镌汰每次获取资源的斲丧。进步对资源的利用率。
线程池提供了一种限定和管理资源的方式。每个线程池还维护了一些根本统计信息。比方已完成的任务数量。
利用线程池的优点：
- 降低资源斲丧。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和烧毁造成的斲丧。
- 进步相应速率。当任务到达时，任务可以不需要等候线程创建就能立刻执行。
- 进步线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限定的创建，不但会斲丧体系资源。还会降低体系的稳固性。利用线程池可以举行同一分配，调优和监控。
实现Runnable接口和Callable接口的区别
Runnable是java1.0就有的，而Callable是java1.5才有的。目标就是用来处理惩罚Runnable不支持的用例。
Runnable接口不会返回效果大概抛出查抄异常。但是Callable可以。以是如果任务不消返回效果大概抛出异常可以用Runnable，如许代码看上去更轻便。
工具类Executors可以将Runnable对象转化成Callable对象(Executors.callable(Runnable task) 或 Executors.callable(Runnable task, Object result))。
执行execute()方法和submit()方法的区别是什么？
- execute()方法用于提交不需要返回值的任务，以是无法判定任务是否被线程池执行乐成。
- submit()方法用于提交需要返回值的任务，线程池会返回一个Future类型的对象。通过这个对象可以判定任务是否执行乐成。而且可以通过Future的get方法来获取返回值。get()方法会壅闭到线程完成任务位置。而利用get(long timeout，TimeUnit unit)会壅闭到等候时间立刻返回。这时候大概任务没执行完。
如何创建线程池
阿里巴巴java开辟手册中强制线程池不允许利用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，如许的处理惩罚方式让写的人更加明确线程池的运行规则，避免资源耗尽的风险。
Executors返回的线程池有两大毛病：
- FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor ：允许哀求的队列长度为int最大值，大概堆积大量哀求从而oom。
- CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool ：允许创建的最多线程数量是int最大值，大概创建大量线程导致oom。
而通过T和readPoolExecutor创建线程，可以直接设置最大线程数，焦点线程数，最大等候数量，拒绝计谋等。而且实际上Executors 创建线程，方法内部调用的也是ThreadPoolExecutor的构造方法。
简单说一下工具创建的几个线程池特性：
- FixedThreadPool ： 该方法返回一个固定线程数量标线程池。该线程池中的线程数量始终稳固。当有一个新的任务提交时，线程池中如有空闲线程，则立刻执行。若没有，则新的任务会被暂存在一个任务队列中，待有线程空闲时，便处理惩罚在任务队列中的任务。
- SingleThreadExecutor： 方法返回一个只有一个线程的线程池。若多余一个任务被提交到该线程池，任务会被生存在一个任务队列中，待线程空闲，按先入先出的序次执行队列中的任务。
- CachedThreadPool： 该方法返回一个可根据实际情况调解线程数量标线程池。线程池的线程数量不确定，但如有空闲线程可以复用，则会优先利用可复用的线程。若全部线程均在工作，又有新的任务提交，则会创建新的线程处理惩罚任务。全部线程在当前任务执行完毕后，将返回线程池举行复用。
ThreadPoolExecutor类分析
固然ThreadPoolExecutor提供了多个构造方法，但是其本质就是七个参数。不外有的参数可以默认而已。
我们直接快进到七大参数的解说：
- corePoolSize:焦点线程数，界说了最小可以同时运行的线程数量。
- maximumPoolSize:最大线程数，焦点线程都在利用且任务队列满了，则会增长新线程，这个参数就是当火线程池可以同时运行的最大线程数量。
- workQueue:任务队列。当新任务来了以后如果焦点线程都被利用，则会将任务加到队列里。
- keepAliveTime:线程池中线程数大于焦点线程数且没有新任务，焦点线程之外的线程比及时间凌驾了keepAliveTime才会被接纳烧毁。
- unit：keepAliveTime的时间单位
- threadFactory：executor创建新线程的时候用的线程工厂。
- handler:拒绝计谋。当到达最大线程数且任务队列满了，新来的任务的处理惩罚方式。
拒绝计谋有如下四种：
- AbortPolicy：抛出异常拒绝新任务(默认的)。
- CallerRunsPolicy：让调用的线程执利用命。如果执行步伐关闭则扬弃任务。但是这种计谋会降低新任务的提交速率，影响团体性能，如果步伐可以遭受这个延长且一个任务都不能丢，可以选择这个计谋。
- DiscardPolicy：不处理惩罚新任务，直接丢掉。也不报错。
- DiscardOldestPolicy：丢落后首的任务。将新任务加进去。
线程池原理分析
实在想要搞懂线程池的原理，首先要分析execute方法。源码如下：
workerCountOf(c)这个方法我们可以明白成当火线程池中执行的任务数量。如果小于焦点线程数，那么会直接addWorker新建一个线程而且执行这个任务。
如果当前执行的任务数量大于焦点线程的时候，如果当火线程池状态是RUNNING，而且任务队列可以添加任务，则把任务放进队列。如果任务队列不可以添加元素了，直接实验新建一个线程，新建失败的话直接走拒绝计谋。
需要注意的是在往队列添加任务的那一步，内里另有个判定：再次获取线程状态是不是RUNNING则会实验从任务队列移除任务而且走拒绝计谋。
如果当火线程池为空则新创建一个线程。
下面是一个上述代码的流程图：
Atomic原子类
Atomic简介
Atomic翻译成中文是原子的意思。在化学上，原子是构成一样平常物质的最小单位。在化学反应中是不可分割的。在java里的Atomic是指一个利用是不可停止的。纵然在多个线程一起执行的时候，一个利用一旦开始，就不会被其他线程干扰。
以是所谓原子类简单来说就是具有原子/原子利用特性的类。
JUC的原子类都存放在java.util.concurrent.atomic下。
JUC包中原子类是哪四类
- 根本类型
利用原子的方式更新根本类型
- AtomicInteger:整型原子类
- AtomicLong:长整型原子类
- AtomicBoolean:布尔型原子类
- 数组类型
利用原子的方式更新数组里的某个元素
- AtomicIntegerArray:整型数组原子类
- AtomicLongArray:长整型数组原子类
- AtomicReferenceArray:引用类型数组原子类
- 引用类型
- AtomicReference:引用类型原子类
- AtomicStampedReference:原子更新带有版本号的引用类型。该类将整数值与引用关联起来，可用于解决CAS举行原子更新时出现的ABA题目。
- AtomicMarkableReference:原子更新带有标记位的引用类型
- 对象的属性修改类型
- AtomicIntegerFieldUpdater:原子更新整型字段的更新器
- AtomicLongFieldUpdater:原子更新长整型字段的更新器
- AtomicReferenceFieldUpdater:原子更新引用类型字段的更新器
讲讲AtomicInteger的利用
实在它的方法不算多，源码也才三百多行。大概重要的有下面几个方法：
public final int get() //获取当前的值public final int getAndSet(int newValue)//获取当前的值，并设置新的值public final int getAndIncrement()//获取当前的值，并自增public final int getAndDecrement() //获取当前的值，并自减public final int getAndAdd(int delta) //获取当前的值，并加上预期的值boolean compareAndSet(int expect, int update) //如果输入的数值便是预期值，则以原子方式将该值设置为输入值（update）public final void lazySet(int newValue)//终极设置为newValue,利用 lazySet 设置之后大概导致其他线程在之后的一小段时间内照旧可以读到旧的值。简单先容一下AtomicInteger类的原理
AtomicInteger线程安全的原理简单分析，我们看下AtomicInteger类的部分代码：
首先我们可以看出AtomicInteger大量利用了CAS+volatile+native方法来包管原子利用，从而避免synchronized的高开销，进步执行效率。
CAS的原理是拿盼望值和原来的值作比力，如果雷同则更新成新的值。UnSafe类中objectFieldOffset方法是一个当地方法，用来拿到原来的值的内存地点。返回值是valueOffset。另外value是volatile变量，在内存中可见。因此JVM可以包管任何时候拿到的都是这个变量的最新值。
AQS
AQS先容
AQS全称是AbstractQueueSynchronizer。这个是也是JUC包下，locks包下的一个类。
它是一个用来构建锁和同步器的框架，利用AQS能简单且高效的构造出大量应用广泛的同步器。好比我们之前说的ReentrantLock，Semaphore，其他如ReentrantReadWriteLock，SynchronousQueue,FutureTask等等皆基于AQS的。当然我们也可以利用AQS自己构建同步器。
AQS原理分析
AQS焦点头脑是：如果被哀求的共享资源空闲，则将当前哀求资源的线程设置为有效的工作线程。而且将共享资源设置为锁定状态。如果被哀求的共享资源被占用，那么就需要一套线程壅闭等候以及被叫醒时锁分配的机制。这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即暂时将获取不到锁的线程加入到队列中。
CLH队列是一个捏造的双向队列(即不存在队列实例，仅存在节点之间的关联关系)。AQS是将每条哀求共享资源的线程封装成一个CLH锁的节点来实现锁分配。
下面是AQS原理图：
AQS利用一个int成员变量来表现同步状态，而且该变量用volatile修饰了。通过内置的先入先出队列来完成线程的排队工作。AQS利用CAS对同步状态举行原子利用实现对其值的修改。
//返回同步状态的当前值protected final int getState() { return state;}//设置同步状态的值protected final void setState(int newState) { state = newState;}//原子地（CAS利用）将同步状态值设置为给定值update如果当前同步状态的值便是expect（盼望值）protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);}AQS对资源的共享方式
AQS界说两种资源共享方式
- Exclusive(独占):只能一个线程执行，如ReentrantLock。又可分为公平锁和非公平锁
- 公平锁：按照线程在队列中的排队序次，先到先得
- 非公平锁：多个线程获取锁时，每一次都是全部线程去抢，谁抢到是谁的。
- Share(共享):多个线程可以同时执行，好比CountDownLatch,Semaphore,CyclicBarrier,ReadWriteLock等。
需要注意的是ReentrantReadWriteLock可以看成是组合锁。由于允许多个线程读，一个线程写。
差别的自界说同步器争用共享资源的方式也差别。自界说的同步器在实现的时候只要实现共享资源state的获取和开释方式即可，具体的线程等候队列的维护AQS在顶端已经实现好了。
AQS底层利用了模板方法模式
同步器的操持是基于模板方法模式的，如果需要自界说同步器一样平常的方式是如许(模板方法模式的一个很经典应用)：
- 利用者继承AbstractQueuedSynchronizer 并重写指定的方法(对共享资源state的获取和开释)。
- 将AQS组合在自界说同步组件的实现中，并调用其模板方法，而这些模板方法会调用利用者重写的方法。
这和我们以往通过实现接口的方式有很大区别，这是模板方法模式很经典的一个运用。
AQS利用了模板方法模式，自界说同步器的时候需要重写下面几个AQS提供的钩子方法：
protected boolean tryAcquire(int)//独占方式。实验获取资源，乐成则返回true，失败则返回false。protected boolean tryRelease(int)//独占方式。实验开释资源，乐成则返回true，失败则返回false。protected int tryAcquireShared(int)//共享方式。实验获取资源。负数表现失败；0表现乐成，但没有剩余可用资源；正数表现乐成，且有剩余资源。protected boolean tryReleaseShared(int)//共享方式。实验开释资源，乐成则返回true，失败则返回false。protected boolean isHeldExclusively()//该线程是否正在独占资源。只有效到condition才需要去实现它。什么是钩子方法：钩子方法是一种被声明在抽象类中的方法，他可以是空方法，也可以是默认实现的方法。模板操持模式通过钩子方法控制固定步调的实现。
除了上面的五个钩子方法，AQS类中的其他方法都是final的，无法被其他类重写。
以ReentrantLock为例，state初始化是0，表现未锁定状态。A线程lock()时会调用tryAcquire()独占该锁并将state+1,今后，其他线程再tryAcquire()时就会失败，直到A线程unlock()到state=0(即开释锁)为止，其他线程才有机遇获取锁，当然A线程自己可以重复获取锁，每次state都会加1.这就是可重入的概念。但是要注意获取多少次就要开释多少次，如许才气让state=0.
再说CountDownLatch,任务分为N个子线程去执行，state初始化是N。这n个子线程是并行执行的，每个线程执行完countDown()一次，state会cas-1.比及state变成0后，会unpark()主调用线程，然后主调用线程会从await()函数返回，继承以后执行。
看上面的代码，正常main方法里开的线程睡了一秒，而我们厥后的 打印语句一开始没有执行，都是等线程执行完了才执行的。这就阐明主调用线程调用await()会壅闭，不绝到state为1，如果我图中for循环只有4次，那么主线程会不绝壅闭。有爱好的可以自己试试。
一样平常来说自界说同步器要么独占方式，要么共享方式，他们也只需要tryAcquire-tryRelease、tryAcquireShared-tryReleaseShared中的一种，但是AQS也支持两种方式都实现，好比ReentrantReadWriteLock。
AQS组件总结
- Semaphore(信号灯):允许多个线程同时访问。synchronized和ReentrantLock都是一次只允许一个线程访问某资源，而Semaphore可以多个线程同时访问某资源。大概意思有点类似停车场。车位数固定。最多可同时停车数固定，但是有车出去了就多空位，可以多个车进来。
- CountDownLatch:倒计时器。这是一个同步工具，调和多个线程之间的同步。类似放工锁门，要等全部员工都出去才会触发锁门这个举动。这个实在壅闭的是主线程。也就是要锁门的那一个人。
- CyclicBarrier:这个和CountDownLatch类似，但是CountDownLatch是倒计时，这个是正面累加。打个比方好比众筹抽奖，奖池到达多少钱会触发开奖。先投完钱的在那等着，知道奖池满了触发抽奖。这个触发壅闭的是参与的那些人。
什么场景适实用CountDownLatch？
CountDownLatch的作用是允许count个线程壅闭在一个地方，直到全部的线程任务都执行完毕。之前在项目中有一个多线程获取数据库数据的场景，用到了CountDownLatch.
任务情况是一个导出分为多个sheet页。分别订单列表，汇总列表，发货列表，对账列表等按月同一导出。每一个列表之间没有依靠关系。以是为了效率用了多线程分别写入。界说了一个count是6的CountDownLatch，每一个sheet页对应一个子任务。全部sheet页都写入完成会触发下面的逻辑。
本篇条记就记到这里，这内里说的用的CountDownLatch场景是真的在项目中用过。如果上面的条记轻微帮到你了记得点个喜好点个关注。也祝各人工作顺顺遂利，生存健康健康！ |
