一、背景

我問(wèn)群里的同學(xué)奔穿，下一期的話題討論什么镜沽？一同學(xué)說(shuō)多線程，當(dāng)時(shí)聽(tīng)到這個(gè)話題本想拒絕的贱田，因?yàn)檫@個(gè)話題太泛了缅茉，很難寫(xiě)出一篇好的文章；涉及到的內(nèi)容又很多男摧，隨便拿出一塊就能討論幾天蔬墩；但為了大家的積級(jí)性，還是硬著頭皮應(yīng)下來(lái)（實(shí)際上我對(duì)這一塊也不怎么理解）耗拓，基本上花了一周的時(shí)候看了幾百頁(yè)的書(shū)拇颅，然后希望能夠有條理地寫(xiě)出一篇文章，但發(fā)現(xiàn)還是太難了乔询；如果包含太多的技術(shù)細(xì)節(jié)樟插，我甚至沒(méi)辦法把概念講清楚；后來(lái)我決定哥谷，寫(xiě)這篇文章為了大家理解JAVA多線程最基本的概念岸夯，涉及到的技術(shù)細(xì)節(jié)我們以子話題的形式，慢慢為大家更新们妥。

二猜扮、幾個(gè)基本概念

并發(fā)是指讓多個(gè)任務(wù)并行執(zhí)行（同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)），以使任務(wù)得到更快的執(zhí)行监婶。實(shí)現(xiàn)并發(fā)的方式旅赢，有兩個(gè):進(jìn)程機(jī)制和線程機(jī)制；一個(gè)CPU同時(shí)只能執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程惑惶，

并發(fā)與并行

并發(fā)指的是具有處理多任務(wù)的能力
并行指的是具有同時(shí)處理多任務(wù)的能力
“并發(fā)”和“并行”唯一的一個(gè)區(qū)別在于“同時(shí)”煮盼，也從上可以看出，“并行”系統(tǒng)一定是“并發(fā)”系統(tǒng)带污，“并行”是“并發(fā)”的一個(gè)子集僵控。
下面來(lái)自知乎一個(gè)網(wǎng)友的回答用一個(gè)很好的場(chǎng)景解釋了它們的區(qū)別：

• 你吃飯吃到一半，電話來(lái)了鱼冀，你一直到吃完了以后才去接报破，這就說(shuō)明你不支持并發(fā)也不支持并行悠就。
• 你吃飯吃到一半，電話來(lái)了充易，你停了下來(lái)接了電話梗脾，接完后繼續(xù)吃飯，這說(shuō)明你支持并發(fā)盹靴。
• 你吃飯吃到一半炸茧，電話來(lái)了，你一邊打電話一邊吃飯稿静，這說(shuō)明你支持并行梭冠。

進(jìn)程與線程

進(jìn)程是資源分配的最小單位，同時(shí)也支持調(diào)度自赔；什么是資源呢妈嘹，就是內(nèi)存/io/文件等，進(jìn)程的資源是在開(kāi)啟的時(shí)候就分配好的绍妨，各進(jìn)程之間不可相互換資源。
線程是獨(dú)立運(yùn)行和獨(dú)立調(diào)度的基本單位柬脸。獨(dú)立運(yùn)行的意思是他去，線程才是真正的任傷執(zhí)行者，一個(gè)線程可以執(zhí)行多個(gè)任務(wù)（任務(wù)切換）倒堕。獨(dú)立調(diào)度即時(shí)間切片灾测，每個(gè)線程按照時(shí)間切片執(zhí)行任務(wù)。
線程依賴(lài)于進(jìn)程垦巴，進(jìn)程已經(jīng)申請(qǐng)了線程執(zhí)行任務(wù)時(shí)的資源媳搪，多個(gè)線程之間共享這部分資源，一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程骤宣。
線程驅(qū)動(dòng)任務(wù)的執(zhí)行秦爆。
進(jìn)程與線程之間的關(guān)系看到一篇很好的文章，大家可以參考憔披。

一個(gè)小插曲：線程一定要依附于進(jìn)程嗎?（不一定等限，但在JAVA一定是）,其實(shí)進(jìn)程和線程是實(shí)現(xiàn)并發(fā)的兩種方式，曾經(jīng)有人提出芬膝，并發(fā)的實(shí)現(xiàn)只應(yīng)該采用進(jìn)程的方式望门，因?yàn)榫€程的上下文切換存在不小的開(kāi)銷(xiāo)，并不一定能夠提高任務(wù)的執(zhí)行效率锰霜。比如筹误，full GC，如果采用并行收集癣缅，其線程數(shù)量也不應(yīng)該超過(guò)計(jì)算機(jī)的核數(shù)厨剪，如果超過(guò)核數(shù)哄酝，其性能還不如順序收集。但為什么線程又能大行其道呢丽惶？這脫離不了任務(wù)執(zhí)行中的一個(gè)狀態(tài)：“阻塞”炫七，當(dāng)其中一個(gè)任務(wù)處于阻塞狀態(tài)（比如等待輸入）時(shí)，就可以執(zhí)行另外一個(gè)任務(wù)钾唬，這樣大大提高了執(zhí)行的效率万哪。線程打破了摩爾定律，又有人提出了阿姆達(dá)爾定律
JAVA采用的是多線程的編程機(jī)制抡秆，因此本文討論的主要問(wèn)題集中在奕巍，線程如何調(diào)度任務(wù)，如何管理線程以及各線程之間的資源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題

三儒士、任務(wù)

從上一節(jié)的描述中我們知道的止，最終執(zhí)行的是任務(wù)，那我們就需要了解一下如何創(chuàng)建任務(wù)

3.1 創(chuàng)建任務(wù)

有兩種類(lèi)型的任務(wù)着撩，一種是不需要返回結(jié)果的runnable,另外一種是希望返回結(jié)果的Callable诅福。接下來(lái)我們就詳情了解一下，如何創(chuàng)建兩種任務(wù)：

Runnable

先來(lái)看個(gè)例子（就一個(gè)遞減操作）：

public class ListOff implements Runnable {
    protected int countDown = 10;
 
    public ListOff() {
    }
    public String status() {
        return "#" + "(" + (countDown > 0 ? countDown : "Liftoff!") + ").";
    }
    public void run() {
        while (countDown-- > 0) {
            System.out.print(status());
        }
        System.out.println();
    }
}

然后把這個(gè)任務(wù)注冊(cè)到多個(gè)線程上拖叙，并啟動(dòng)線程氓润，只需要new Thread再start就可以了，是不是很簡(jiǎn)單薯鳍。

public class TestThread {
 
    @Test
    public void testOneThread() {
        Thread t = new Thread(new ListOff());
        t.start();
    }
 
    @Test
    public void testNThread() {
        int i = 10;
        while(i-- > 0) {
            Thread t = new Thread(new ListOff());
            t.start();
        }
    }
}

Callable

public class GetRand implements Callable<Integer>{
 
    public Integer call() {
        Random random = new Random();
        return random.nextInt(100);
    }
}

public class TestThread {
    @Test
    public void testCallable() throws Exception {
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        List<Future<Integer>> results = new ArrayList<>();
        int i = 10;
        while (i-- > 0) {
            results.add(exec.submit(new GetRand()));
        }
        for (Future<Integer> n : results) {
            System.out.println(n.get());
        }
    }
}.  

為什么要調(diào)用start?通過(guò)此代碼找到Thread中的start()方法的定義咖气，可以發(fā)現(xiàn)此方法中使用了private native void start0();其中native關(guān)鍵字表示可以調(diào)用操作系統(tǒng)的底層函數(shù)，那么這樣的技術(shù)成為JNI技術(shù)（java Native Interface）
還有一種調(diào)度runnable的方法挖滤，那就是繼承Thread.

public class PThread extends Thread{
    public PThread() {
        super();
    }
 
    @Override
    public void run () {
        System.out.println(DateFormat.getDateInstance(DateFormat.DEFAULT).format(new Date()));
    }
 
    @Test
    public void TestMain() {
        int i = 10;
        while(i-- > 0) {
            new PThread().run();
        }
    }
}

  

兩種方法有什么區(qū)別呢（copy別人的結(jié)論）崩溪？
Java中實(shí)現(xiàn)多線程有兩種方法：繼承Thread類(lèi)、實(shí)現(xiàn)Runnable接口斩松，在程序開(kāi)發(fā)中只要是多線程伶唯，肯定永遠(yuǎn)以實(shí)現(xiàn)Runnable接口為主，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)Runnable接口相比繼承Thread類(lèi)有如下優(yōu)勢(shì)：

• 1砸民、可以避免由于Java的單繼承特性而帶來(lái)的局限抵怎；
• 2、增強(qiáng)程序的健壯性岭参，代碼能夠被多個(gè)線程共享反惕，代碼與數(shù)據(jù)是獨(dú)立的；
• 3演侯、適合多個(gè)相同程序代碼的線程區(qū)處理同一資源的情況姿染。
  想要更加詳情地了解，參考

四 線程管理與調(diào)度

通過(guò)上面的任務(wù)介紹，我們可們簡(jiǎn)單了解了如何創(chuàng)建兩種類(lèi)型的任務(wù)悬赏。下面我們就具體來(lái)了解一下線程以及線程如何調(diào)度任務(wù)狡汉。
我們主要通過(guò)Executor框架來(lái)管理和調(diào)度線程

4.1 executor

通過(guò)new Thread()的方式去管理線程，在極簡(jiǎn)單的系統(tǒng)條件下是可行的闽颇，但當(dāng)你試圖去完成一個(gè)系統(tǒng)時(shí)盾戴，發(fā)現(xiàn)并不可行。好在JAVA已經(jīng)設(shè)計(jì)好了Executors來(lái)幫我們來(lái)管理線程兵多。

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Java從1.5版本開(kāi)始尖啡，為簡(jiǎn)化多線程并發(fā)編程，引入全新的并發(fā)編程包:java.util.concurrent及其并發(fā)編程框架（Executor框架）剩膘。 Executor框架是指java 5中引入的一系列并發(fā)庫(kù)中與executor相關(guān)的一些功能類(lèi)衅斩，其中包括線程池，Executor怠褐，Executors畏梆，ExecutorService，CompletionService奈懒，F(xiàn)uture奠涌，Callable等。他們的關(guān)系為

Paste_Image.png

并發(fā)編程的一種編程方式是把任務(wù)拆分為一系列的小任務(wù)磷杏，即Runnable铣猩，然后將這些任務(wù)提交給一個(gè)Executor執(zhí)行，Executor.execute(Runnalbe) 茴丰。Executor在執(zhí)行時(shí)使用其內(nèi)部的線程池來(lái)完成操作。 Executor的子接口有：ExecutorService,ScheduledExecutorService,已知實(shí)現(xiàn)類(lèi)：AbstractExecutorService,ScheduledThreadPoolExecutor,ThreadPoolExecutor天吓。

4.2 線程池

4.3 隊(duì)列

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

corePoolSize：線程池中所保存的核心線程數(shù)嫩痰，包括空閑線程。
maximumPoolSize：池中允許的最大線程數(shù)窍箍。
keepAliveTime：線程池中的空閑線程所能持續(xù)的最長(zhǎng)時(shí)間串纺。
unit：持續(xù)時(shí)間的單位。
workQueue：任務(wù)執(zhí)行前保存任務(wù)的隊(duì)列椰棘，僅保存由execute方法提交的Runnable任務(wù)纺棺。
根據(jù)ThreadPoolExecutor源碼前面大段的注釋?zhuān)覀兛梢钥闯觯?dāng)試圖通過(guò)excute方法講一個(gè)Runnable任務(wù)添加到線程池中時(shí)邪狞，按照如下順序來(lái)處理：
1祷蝌、如果線程池中的線程數(shù)量少于corePoolSize，即使線程池中有空閑線程帆卓，也會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程來(lái)執(zhí)行新添加的任務(wù)巨朦；
2、如果線程池中的線程數(shù)量大于等于corePoolSize剑令，但緩沖隊(duì)列workQueue未滿(mǎn)糊啡，則將新添加的任務(wù)放到workQueue中，按照FIFO的原則依次等待執(zhí)行（線程池中有線程空閑出來(lái)后依次將緩沖隊(duì)列中的任務(wù)交付給空閑的線程執(zhí)行）尚洽；
3悔橄、如果線程池中的線程數(shù)量大于等于corePoolSize，且緩沖隊(duì)列workQueue已滿(mǎn)，但線程池中的線程數(shù)量小于maximumPoolSize癣疟，則會(huì)創(chuàng)建新的線程來(lái)處理被添加的任務(wù)挣柬；
4、如果線程池中的線程數(shù)量等于了maximumPoolSize睛挚，有4種才處理方式（該構(gòu)造方法調(diào)用了含有5個(gè)參數(shù)的構(gòu)造方法邪蛔，并將最后一個(gè)構(gòu)造方法為RejectedExecutionHandler類(lèi)型，它在處理線程溢出時(shí)有4種方式扎狱，這里不再細(xì)說(shuō)侧到，要了解的，自己可以閱讀下源碼）淤击。
總結(jié)起來(lái)匠抗，也即是說(shuō)，當(dāng)有新的任務(wù)要處理時(shí)污抬，先看線程池中的線程數(shù)量是否大于corePoolSize汞贸，再看緩沖隊(duì)列workQueue是否滿(mǎn)，最后看線程池中的線程數(shù)量是否大于maximumPoolSize印机。
另外矢腻，當(dāng)線程池中的線程數(shù)量大于corePoolSize時(shí)，如果里面有線程的空閑時(shí)間超過(guò)了keepAliveTime射赛，就將其移除線程池多柑，這樣，可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整線程池中線程的數(shù)量楣责。
我們大致來(lái)看下Executors的源碼竣灌，newCachedThreadPool的不帶. RejectedExecutionHandler參數(shù)（即第五個(gè)參數(shù)，線程數(shù)量超過(guò)maximumPoolSize時(shí)秆麸，指定處理方式）的構(gòu)造方法如下：

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

它將corePoolSize設(shè)定為0帐偎，而將maximumPoolSize設(shè)定為了Integer的最大值，線程空閑超過(guò)60秒蛔屹，將會(huì)從線程池中移除。由于核心線程數(shù)為0豁生，因此每次添加任務(wù)兔毒，都會(huì)先從線程池中找空閑線程，如果沒(méi)有就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程（SynchronousQueue<Runnalbe>決定的甸箱，后面會(huì)說(shuō)）來(lái)執(zhí)行新的任務(wù)育叁，并將該線程加入到線程池中，而最大允許的線程數(shù)為Integer的最大值芍殖，因此這個(gè)線程池理論上可以不斷擴(kuò)大豪嗽。

再來(lái)看newFixedThreadPool的不帶RejectedExecutionHandler參數(shù)的構(gòu)造方法，如下：

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { 
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS, 
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); 
} 

它將corePoolSize和maximumPoolSize都設(shè)定為了nThreads，這樣便實(shí)現(xiàn)了線程池的大小的固定龟梦，不會(huì)動(dòng)態(tài)地?cái)U(kuò)大隐锭，另外，keepAliveTime設(shè)定為了0计贰，也就是說(shuō)線程只要空閑下來(lái)钦睡，就會(huì)被移除線程池，敢于LinkedBlockingQueue下面會(huì)說(shuō)躁倒。

下面說(shuō)說(shuō)幾種排隊(duì)的策略：
1荞怒、直接提交。緩沖隊(duì)列采用 SynchronousQueue秧秉，它將任務(wù)直接交給線程處理而不保持它們褐桌。如果不存在可用于立即運(yùn)行任務(wù)的線程（即線程池中的線程都在工作），則試圖把任務(wù)加入緩沖隊(duì)列將會(huì)失敗象迎，因此會(huì)構(gòu)造一個(gè)新的線程來(lái)處理新添加的任務(wù)荧嵌，并將其加入到線程池中。直接提交通常要求無(wú)界 maximumPoolSizes（Integer.MAX_VALUE） 以避免拒絕新提交的任務(wù)挖帘。newCachedThreadPool采用的便是這種策略完丽。
2、無(wú)界隊(duì)列拇舀。使用無(wú)界隊(duì)列（典型的便是采用預(yù)定義容量的 LinkedBlockingQueue逻族，理論上是該緩沖隊(duì)列可以對(duì)無(wú)限多的任務(wù)排隊(duì)）將導(dǎo)致在所有 corePoolSize 線程都工作的情況下將新任務(wù)加入到緩沖隊(duì)列中。這樣骄崩，創(chuàng)建的線程就不會(huì)超過(guò) corePoolSize聘鳞，也因此，maximumPoolSize 的值也就無(wú)效了要拂。當(dāng)每個(gè)任務(wù)完全獨(dú)立于其他任務(wù)抠璃，即任務(wù)執(zhí)行互不影響時(shí)，適合于使用無(wú)界隊(duì)列脱惰。newFixedThreadPool采用的便是這種策略搏嗡。
3、有界隊(duì)列拉一。當(dāng)使用有限的 maximumPoolSizes 時(shí)采盒，有界隊(duì)列（一般緩沖隊(duì)列使用ArrayBlockingQueue，并制定隊(duì)列的最大長(zhǎng)度）有助于防止資源耗盡蔚润，但是可能較難調(diào)整和控制磅氨，隊(duì)列大小和最大池大小需要相互折衷，需要設(shè)定合理的參數(shù)嫡纠。