多線程相對于其他 Java 知識點來講冕茅，有一定的學(xué)習(xí)門檻伤极，并且了解起來比較費勁。在平時工作中如若使用不當(dāng)會出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯亂姨伤、執(zhí)行效率低（還不如單線程去運行）或者死鎖程序掛掉等等問題哨坪，所以掌握了解多線程至關(guān)重要。

本文從基礎(chǔ)概念開始到最后的并發(fā)模型由淺入深乍楚，講解下線程方面的知識当编。

概念梳理

本節(jié)我將帶大家了解多線程中幾大基礎(chǔ)概念。

并發(fā)與并行

并行徒溪，表示兩個線程同時做事情忿偷。

并發(fā)金顿，表示一會做這個事情，一會做另一個事情鲤桥，存在著調(diào)度揍拆。單核 CPU 不可能存在并行（微觀上）。

臨界區(qū)

臨界區(qū)用來表示一種公共資源或者說是共享數(shù)據(jù)茶凳，可以被多個線程使用嫂拴。但是每一次，只能有一個線程使用它贮喧，一旦臨界區(qū)資源被占用顷牌，其他線程要想使用這個資源，就必須等待塞淹。

阻塞與非阻塞

阻塞和非阻塞通常用來形容多線程間的相互影響。比如一個線程占用了臨界區(qū)資源罪裹，那么其它所有需要這個資源的線程就必須在這個臨界區(qū)中進行等待饱普，等待會導(dǎo)致線程掛起。這種情況就是阻塞状共。

此時套耕，如果占用資源的線程一直不愿意釋放資源，那么其它所有阻塞在這個臨界區(qū)上的線程都不能工作峡继。阻塞是指線程在操作系統(tǒng)層面被掛起冯袍。阻塞一般性能不好，需大約8萬個時鐘周期來做調(diào)度碾牌。

非阻塞則允許多個線程同時進入臨界區(qū)康愤。

死鎖

死鎖是進程死鎖的簡稱，是指多個進程循環(huán)等待他方占有的資源而無限的僵持下去的局面舶吗。

活鎖

假設(shè)有兩個線程1征冷、2，它們都需要資源 A/B誓琼，假設(shè)1號線程占有了 A 資源检激，2號線程占有了 B 資源；由于兩個線程都需要同時擁有這兩個資源才可以工作腹侣，為了避免死鎖叔收，1號線程釋放了 A 資源占有鎖，2號線程釋放了 B 資源占有鎖傲隶；此時 AB 空閑饺律，兩個線程又同時搶鎖，再次出現(xiàn)上述情況跺株，此時發(fā)生了活鎖蓝晒。

簡單類比腮出，電梯遇到人，一個進的一個出的芝薇，對面占路胚嘲，兩個人同時往一個方向讓路，來回重復(fù)洛二，還是堵著路馋劈。

如果線上應(yīng)用遇到了活鎖問題，恭喜你中獎了晾嘶，這類問題比較難排查妓雾。

饑餓

饑餓是指某一個或者多個線程因為種種原因無法獲得所需要的資源，導(dǎo)致一直無法執(zhí)行垒迂。

線程的生命周期

在線程的生命周期中械姻，它要經(jīng)歷創(chuàng)建、可運行机断、不可運行幾種狀態(tài)楷拳。

創(chuàng)建狀態(tài)

當(dāng)用 new 操作符創(chuàng)建一個新的線程對象時，該線程處于創(chuàng)建狀態(tài)吏奸。

處于創(chuàng)建狀態(tài)的線程只是一個空的線程對象欢揖，系統(tǒng)不為它分配資源。

可運行狀態(tài)

執(zhí)行線程的 start() 方法將為線程分配必須的系統(tǒng)資源奋蔚，安排其運行她混，并調(diào)用線程體——run()方法，這樣就使得該線程處于可運行狀態(tài)（Runnable）泊碑。

這一狀態(tài)并不是運行中狀態(tài)（Running）坤按，因為線程也許實際上并未真正運行。

不可運行狀態(tài)

當(dāng)發(fā)生下列事件時馒过，處于運行狀態(tài)的線程會轉(zhuǎn)入到不可運行狀態(tài)：

• 調(diào)用了 sleep() 方法晋涣；
• 線程調(diào)用 wait() 方法等待特定條件的滿足；
• 線程輸入/輸出阻塞沉桌；
• 返回可運行狀態(tài)谢鹊；
• 處于睡眠狀態(tài)的線程在指定的時間過去后；
• 如果線程在等待某一條件留凭，另一個對象必須通過 notify() 或 notifyAll() 方法通知等待線程條件的改變佃扼；
• 如果線程是因為輸入輸出阻塞，等待輸入輸出完成蔼夜。

線程的優(yōu)先級

線程優(yōu)先級及設(shè)置

線程的優(yōu)先級是為了在多線程環(huán)境中便于系統(tǒng)對線程的調(diào)度兼耀，優(yōu)先級高的線程將優(yōu)先執(zhí)行。一個線程的優(yōu)先級設(shè)置遵從以下原則：

• 線程創(chuàng)建時，子繼承父的優(yōu)先級瘤运；
• 線程創(chuàng)建后窍霞，可通過調(diào)用 setPriority() 方法改變優(yōu)先級；
• 線程的優(yōu)先級是1-10之間的正整數(shù)拯坟。

線程的調(diào)度策略

線程調(diào)度器選擇優(yōu)先級最高的線程運行但金。但是，如果發(fā)生以下情況郁季，就會終止線程的運行：

• 線程體中調(diào)用了 yield() 方法冷溃，讓出了對 CPU 的占用權(quán)；
• 線程體中調(diào)用了 sleep() 方法梦裂，使線程進入睡眠狀態(tài)似枕；
• 線程由于 I/O 操作而受阻塞；
• 另一個更高優(yōu)先級的線程出現(xiàn)年柠；
• 在支持時間片的系統(tǒng)中凿歼，該線程的時間片用完。

單線程創(chuàng)建方式

單線程創(chuàng)建方式比較簡單冗恨，一般只有兩種方式：繼承 Thread 類和實現(xiàn) Runnable 接口答憔；這兩種方式比較常用就不在 Demo 了，但是對于新手需要注意的問題有：

• 不管是繼承 Thread 類還是實現(xiàn) Runable 接口派近，業(yè)務(wù)邏輯是寫在 run 方法里面，線程啟動的時候是執(zhí)行 start() 方法洁桌；
• 開啟新的線程渴丸，不影響主線程的代碼執(zhí)行順序也不會阻塞主線程的執(zhí)行；
• 新的線程和主線程的代碼執(zhí)行順序是不能夠保證先后的另凌；
• 對于多線程程序谱轨，從微觀上來講某一時刻只有一個線程在工作，多線程目的是讓 CPU 忙起來吠谢；
• 通過查看 Thread 的源碼可以看到土童，Thread 類是實現(xiàn)了 Runnable 接口的，所以這兩種本質(zhì)上來講是一個工坊；

PS：平時在工作中也可以借鑒這種代碼結(jié)構(gòu)献汗，對上層調(diào)用來講提供更多的選擇，作為服務(wù)提供方核心業(yè)務(wù)歸一維護

為什么要用線程池

通過上面的介紹王污，完全可以開發(fā)一個多線程的程序罢吃，為什么還要引入線程池呢。主要是因為上述單線程方式存在以下幾個問題：

• 線程的工作周期：線程創(chuàng)建所需時間為 T1昭齐，線程執(zhí)行任務(wù)所需時間為 T2尿招，線程銷毀所需時間為 T3，往往是 T1+T3 大于 T2，所有如果頻繁創(chuàng)建線程會損耗過多額外的時間就谜；
• 如果有任務(wù)來了怪蔑，再去創(chuàng)建線程的話效率比較低，如果從一個池子中可以直接獲取可用的線程丧荐，那效率會有所提高缆瓣。所以線程池省去了任務(wù)過來，要先創(chuàng)建線程再去執(zhí)行的過程篮奄，節(jié)省了時間捆愁，提升了效率；
• 線程池可以管理和控制線程窟却，因為線程是稀缺資源昼丑，如果無限制的創(chuàng)建，不僅會消耗系統(tǒng)資源夸赫，還會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性菩帝，使用線程池可以進行統(tǒng)一的分配，調(diào)優(yōu)和監(jiān)控茬腿；
• 線程池提供隊列呼奢，存放緩沖等待執(zhí)行的任務(wù)。

大致總結(jié)了上述的幾個原因切平，所以可以得出一個結(jié)論就是在平時工作中握础，如果要開發(fā)多線程程序，盡量要使用線程池的方式來創(chuàng)建和管理線程悴品。

通過線程池創(chuàng)建線程從調(diào)用 API 角度來說分為兩種禀综，一種是原生的線程池，另外該一種是通過 Java 提供的并發(fā)包來創(chuàng)建苔严，后者比較簡單定枷，后者其實是對原生的線程池創(chuàng)建方式做了一次簡化包裝，讓調(diào)用者使用起來更方便届氢，但道理都是一樣的欠窒。所以搞明白原生線程池的原理是非常重要的。

ThreadPoolExecutor

通過 ThreadPoolExecutor 創(chuàng)建線程池退子，API 如下所示：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,                          int maximumPoolSize,                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue); 

先來解釋下其中的參數(shù)含義（如果看的比較模糊可以大致有個印象岖妄，后面的圖是關(guān)鍵）。

• corePoolSize
• 核心池的大小寂祥。

在創(chuàng)建了線程池后衣吠，默認情況下，線程池中并沒有任何線程壤靶，而是等待有任務(wù)到來才創(chuàng)建線程去執(zhí)行任務(wù)缚俏，除非調(diào)用了 prestartAllCoreThreads() 或者 prestartCoreThread() 方法，從這兩個方法的名字就可以看出，是預(yù)創(chuàng)建線程的意思忧换，即在沒有任務(wù)到來之前就創(chuàng)建 corePoolSize 個線程或者一個線程恬惯。默認情況下，在創(chuàng)建了線程池后亚茬，線程池中的線程數(shù)為0酪耳，當(dāng)有任務(wù)來之后，就會創(chuàng)建一個線程去執(zhí)行任務(wù)刹缝，當(dāng)線程池中的線程數(shù)目達到 corePoolSize 后碗暗，就會把到達的任務(wù)放到緩存隊列當(dāng)中。

• maximumPoolSize

線程池最大線程數(shù)梢夯，這個參數(shù)也是一個非常重要的參數(shù)言疗，它表示在線程池中最多能創(chuàng)建多少個線程。

• keepAliveTime

表示線程沒有任務(wù)執(zhí)行時最多保持多久時間會終止颂砸。默認情況下噪奄，只有當(dāng)線程池中的線程數(shù)大于 corePoolSize 時，keepAliveTime 才會起作用人乓，直到線程池中的線程數(shù)不大于 corePoolSize勤篮，即當(dāng)線程池中的線程數(shù)大于 corePoolSize 時，如果一個線程空閑的時間達到 keepAliveTime色罚，則會終止碰缔，直到線程池中的線程數(shù)不超過 corePoolSize。

但是如果調(diào)用了 allowCoreThreadTimeOut(boolean) 方法戳护，在線程池中的線程數(shù)不大于 corePoolSize 時金抡，keepAliveTime 參數(shù)也會起作用，直到線程池中的線程數(shù)為0姑尺。

• unit

參數(shù) keepAliveTime 的時間單位竟终。

• workQueue

一個阻塞隊列蝠猬，用來存儲等待執(zhí)行的任務(wù)切蟋，這個參數(shù)的選擇也很重要，會對線程池的運行過程產(chǎn)生重大影響榆芦，一般來說柄粹，這里的阻塞隊列有以下這幾種選擇：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue匆绣、SynchronousQueue驻右。

• threadFactory

線程工廠，主要用來創(chuàng)建線程崎淳。

• handler

表示當(dāng)拒絕處理任務(wù)時的策略堪夭，有以下四種取值：

1. ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：丟棄任務(wù)并拋出 RejectedExecutionException 異常；
2. ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務(wù)，但是不拋出異常森爽；
3. ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄隊列最前面的任務(wù)恨豁，然后重新嘗試執(zhí)行任務(wù)（重復(fù)此過程）；
4. ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由調(diào)用線程處理該任務(wù)爬迟。

上面這些參數(shù)是如何配合工作的呢橘蜜？請看下圖：

注意圖上面的序號。

簡單總結(jié)下線程池之間的參數(shù)協(xié)作分為以下幾步：

1. 線程優(yōu)先向 CorePool 中提交付呕；
2. 在 Corepool 滿了之后计福，線程被提交到任務(wù)隊列，等待線程池空閑徽职；
3. 在任務(wù)隊列滿了之后 corePool 還沒有空閑象颖，那么任務(wù)將被提交到 maxPool 中，如果 MaxPool 滿了之后執(zhí)行 task 拒絕策略活箕。

流程圖如下：

image

以上就是原生線程池創(chuàng)建的核心原理力麸。除了原生線程池之外并發(fā)包還提供了簡單的創(chuàng)建方式，上面也說了它們是對原生線程池的一種包裝育韩，可以讓開發(fā)者簡單快捷的創(chuàng)建所需要的線程池克蚂。

Executors

newSingleThreadExecutor

創(chuàng)建一個線程的線程池，在這個線程池中始終只有一個線程存在筋讨。如果線程池中的線程因為異常問題退出埃叭，那么會有一個新的線程來替代它。此線程池保證所有任務(wù)的執(zhí)行順序按照任務(wù)的提交順序執(zhí)行悉罕。

newFixedThreadPool

創(chuàng)建固定大小的線程池赤屋。每次提交一個任務(wù)就創(chuàng)建一個線程，直到線程達到線程池的最大大小壁袄。線程池的大小一旦達到最大值就會保持不變类早，如果某個線程因為執(zhí)行異常而結(jié)束，那么線程池會補充一個新線程嗜逻。

newCachedThreadPool

可根據(jù)實際情況涩僻，調(diào)整線程數(shù)量的線程池，線程池中的線程數(shù)量不確定栈顷，如果有空閑線程會優(yōu)先選擇空閑線程逆日，如果沒有空閑線程并且此時有任務(wù)提交會創(chuàng)建新的線程。在正常開發(fā)中并不推薦這個線程池萄凤，因為在極端情況下室抽，會因為 newCachedThreadPool 創(chuàng)建過多線程而耗盡 CPU 和內(nèi)存資源。

newScheduledThreadPool

此線程池可以指定固定數(shù)量的線程來周期性的去執(zhí)行靡努。比如通過 scheduleAtFixedRate 或者 scheduleWithFixedDelay 來指定周期時間坪圾。

PS：另外在寫定時任務(wù)時（如果不用 Quartz 框架）晓折，最好采用這種線程池來做，因為它可以保證里面始終是存在活的線程的兽泄。

推薦使用 ThreadPoolExecutor 方式

在阿里的 Java 開發(fā)手冊時有一條是不推薦使用 Executors 去創(chuàng)建已维，而是推薦去使用 ThreadPoolExecutor 來創(chuàng)建線程池昌简。

這樣做的目的主要原因是：使用 Executors 創(chuàng)建線程池不會傳入核心參數(shù)跨细，而是采用的默認值，這樣的話我們往往會忽略掉里面參數(shù)的含義啸箫，如果業(yè)務(wù)場景要求比較苛刻的話飘千，存在資源耗盡的風(fēng)險堂鲜；另外采用 ThreadPoolExecutor 的方式可以讓我們更加清楚地了解線程池的運行規(guī)則，不管是面試還是對技術(shù)成長都有莫大的好處护奈。

改了變量缔莲，其他線程可以立即知道。保證可見性的方法有以下幾種：

• volatile

加入 volatile 關(guān)鍵字的變量在進行匯編時會多出一個 lock 前綴指令霉旗，這個前綴指令相當(dāng)于一個內(nèi)存屏障痴奏，內(nèi)存屏障可以保證內(nèi)存操作的順序。當(dāng)聲明為 volatile 的變量進行寫操作時厌秒，那么這個變量需要將數(shù)據(jù)寫到主內(nèi)存中读拆。

由于處理器會實現(xiàn)緩存一致性協(xié)議，所以寫到主內(nèi)存后會導(dǎo)致其他處理器的緩存無效鸵闪，也就是線程工作內(nèi)存無效檐晕，需要從主內(nèi)存中重新刷新數(shù)據(jù)。