线程的深入学习（一）

前言

前面文章讲述了线程的部分基本知识，这篇是对线程的深入学习，包含线程池，实现框架等。
1.学习如何使用Executor框架创建线程池。
2.并发工具类如CountDownLatch、CyclicBarrier等。
3.线程安全和并发集合：
4.学习如何使用Java提供的线程安全的集合类，如ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList等。
原子类和CAS操作：

线程池

1.介绍

线程池简单来讲就是管理线程的一个池子。

• 它帮助我们管理线程，避免增加线程和销毁线程的资源损耗，因为线程其实也是一个对象，创建线程需要经过类的加载，销毁一个对象，需要走GC的回收流程，都是需要资源开销的。
• 提高响应速度，如果任务到达，直接从线程池拿一个线程肯定比自己重新创建线程要快的多。
• 重复利用，线程用完了，再放回池子，可以达到重复利用的效果，节省资源。

2.常见线程池

主要有四种，都是通过工具类execute创建出来的

1. newFixedThreadPool（固定数目线程的线程池）（方法ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);）：创建一个固定数目的线程池，每当提交一个任务就创建一个工作线程，如果工作线程数量达到线程池的初始最大，则将提交的线程放入到池队列中。newFixedTheadPool是一个典型优秀的线程池，它具有线程池提高程序效率和节省创建时所消耗的开销的特点，但是在空闲的时候，即使没有可运行的任务，也不会释放工作线程，会占用一定的资源。
2. newCachedThreadPool（可缓存线程的线程池）（方法ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();）：创建一个可缓存的线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收的线程，则创建一个新线程。类型特点是工作线程创建的数量几乎没有限制（最大为Integer.Max_VALUE ）,这样可以灵活添加线程。如果长时间没有往线程线程池中提交任务，即工作线程空闲了指定的时间（默认1分钟），则该线程自动终止，终止后如果你又提交了新任务，则线程池重新创建一个工作线程。在使用newCachedTheadPool时，一定要控制任务的数量，否则由于大量的线程同时运行，很有可能造成系统瘫痪。
3. newSingleThreadExecutor（单线程的线程池）（方法ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();）：创建一个单线程化的Exexcutor，即只创建唯一的工作者线程来执行任务，它只会有唯一的工作线程来执行任务，保证所有的任务按照指定的顺序执行，如果这个线程异常，会有其他的线程来取代它，保证顺利执行，单线程最大的特点是可以保证顺序的执行各个任务，并且在给定的任意时间不会有多个线程是活动的。
4. newScheduledThredPool （定时及周期执行的线程池）（方法ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4);）：创建一个定长的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务延迟，例如5秒延迟这样。

3.四种常见线程池原理

1. newFixedThreadPool：

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

线程池特点：

• 核心线程数和最大线程数一样
• 没有所谓的非空闲时间，即keepAliveTime为0
• 阻塞队列为无界队列LinkedBlockingQuenu，可能会导致OOM

工作流程：

1. 提交任务
2. 如果任务数小于核心线程，就创建核心线程添加任务。
3. 如果线程数等于核心线程，那就把任务放进LinkBlockingQueue中阻塞队列中
4. 如果线程任务执行完成，去阻塞队列中获取任务，继续执行。

使用场景：
FixedThreadPool:适用于处理Cpu密集型的任务，确保CPU在长期被保护的情况下，尽可能少的分配线程，即使用执行长期的任务。

2. NewCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory){

         return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                 60L, TimeUnit.SECONDS,
                 (BlockingQueue<Runnable>) new SynchronizedQueue<Runnable>(),threadFactory);
     }

线程池特点：

1. 核心线程数为0
2. 最大线程数为Integer.MAX_VALUE，可能会导致OOM
3. 阻塞队列是SynchronizedQueue
4. 非核心线程存活默认一分钟
   当提交任务的速度大于处理任务速度时候，每次提交一个任务，就必然会创建一个新线程。极端情况下会创建过多的线程，耗尽CPU资源。由于空闲的60秒的线程就会被终止，长时间保持空闲的线程CachedThreadPool不会占用任何线程。

工作流程：

1. 提交任务
2. 因为没有核心线程，自己加到Synchronizedqueue队列中
3. 判断是否有空闲线程，有就取出来执行， 没有就创建一个新线程。
4. 执行完的线程还可以存活60s，如果在这期间获得任务，可以继续活下去，或者销毁

适用场景为并发量大的大量短期任务。

3. NewSingleThreadPool

public static ExecutorService newSingleThreadPool(ThreadFactory threadFactory){
         return   Executors.newSingleThreadExecutor(threadFactory);
     }

线程池特点：

1. 最大线程数为1
2. 核心线程数也为1
3. 阻塞队列也是LinkedBlockingQueue队列，可以会导致OOM的keepaliveTime为0

工作流程：

1. 提交任务
2. 判断线程池是否有一条线程存在，如果没有则新建线程执行任务
3. 如果有，加入到阻塞队列中
4. 当前的唯一线程，从队列中取任务，执行完一个取一个

适用场景：适用执行串行的任务场景，一个接一个的执行

4. newSceduledThreadPool

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize)
{ super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}

线程池特点：

1. 最大线程数是Integer.MAx_VALUE，也有OOM风险
2. 阻塞队列是DelayedWorkQueue
3. keepAliveTime为0
4. scheduleAtFixedRate（）：按某种速率周期执行
5. scheduleWithFixedDelay（）：再某个延迟后执行
   

工作机制：

1. 线程中DelayQueue中获取已到期的ScheduleFutureTask（DelayQueue.task（））。到期任务是指ScheduleFutureTask的time大于当前时间。
2. 线程执行ScheduleFutureTask
3. 线程修改ScheduleFutureTask变量time下次要执行的时间
4. 线程把这个修改time之后的ScheduledFutureTask放回DelayQueue中（DelayQueue.add()）。
   

使用场景：
周期性执行任务的场景，需要限制最大的线程数量的场景。

4.线程池7大参数

线程池有7大参数重点关注：corePoolSize、maximumPoolSize，keepAliveTime、unit、workQueud、threadFactory、handler

1. corePoolSize（核心线程数）：指核心线程数大小，用来初始化线程池中的核心线程数，当线程池中线程数小于corePoolSize，系统默认是添加一个任务才创建线程池，当线程数=corePoolSize时候，任务会追加到workQueue中。
2. maximunPoolSize（最大线程数）：等于非核心线程数和核心线程数相加，当线程池中核心线程都处于执行状态，有新任务时候，1.当工作队列未满，新请求的任务加入到工作队列。2.工作队列已满，则会创建新线程，最大数会受到maximumPoolSize的限制。
3. keepAliveTime（非核心线程存活时间）：当线程数大于核心线程数时候，空闲线程在等待新任务时候最大的时间，如果超过还没有请求就会被销毁。
4. unit（非核心线程存活单位）：是指空闲线程存活时间的单位。keepAliveTime的计量单位。枚举类型TimeUnit类。
5. workQueue（线程工作队列）：

1. ArrayBlockingQueue FIFO有界阻塞队列基于数组的有界阻塞队列，特点FIFO（先进先出）。 当线程池中已经存在最大数量的线程时候，再请求新的任务，这时就会将任务加入工作队列的队尾，一旦有空闲线程，就会取出队头执行任务。因为是基于数组的有界阻塞队列，所以可以避免系统资源的耗尽。
   那么如果出现有界队列已满，最大数量的所有线程都处于执行状态，这时又有新的任务请求，怎么办呢？ 这时候会采用Handler拒绝策略
   2.LinkedBlockingQueue FIFO无限队列 基于链表的无界阻塞队列，默认最大容量Integer.MAX_VALUE( )，可认为是无限队列，特点FIFO。
   关于maximumPoolSize参数在工作队列为LinkedBlockingQueue时候，是否起作用这个问题，我们需要视情况而定！
   情况①：如果指定了工作队列大小，比如core=2，max=3，workQueue=2，任务数task=5，这种情况的最大线程数量的限制是有效的。
   情况②：如果工作队列大小默认，这时maximumPoolSize不起作用，因为新请求的任务一直可以加到队列中。
   3.PriorityBlockingQueue VIP 优先级无界阻塞队列，前面两种工作队列特点都是FIFO，而优先级阻塞队列可以通过参数Comparator实现对任务进行排序，不按照FIFO执行。
   4、SynchronousQueue不缓存任务的阻塞队列 不缓存任务的阻塞队列，它实际上不是真正的队列，因为它没有提供存储任务的空间。生产者一个任务请求到来，会直接执行，也就是说这种队列在消费者充足的情况下更加适合。因为这种队列没有存储能力，所以只有当另一个线程（消费者）准备好工作，put（入队）和take（出队）方法才不会是阻塞状态。
   以上四种工作队列，跟线程池结合就是一种生产者-消费者
   设计模式。生产者把新任务加入工作队列，消费者从队列取出任务消费，BlockingQueue可以使用任意数量的生产者和消费者，这样实现了解耦，简化了设计。
   原文链接：https://blog.csdn.net/ZGL_cyy/article/details/118230264

6. threadFactory（线程工厂）：创建一新线程使用的工厂，可以用来设定线程名，是否为daemon等。

守护线程(daemon Thread)再java中主要分为两类，：用户线程，守护线程
所谓守护是指再程序运行中提供的一种通用服务的线程，比如垃圾回收线程，并且这种线程并不属于线程中不可获缺的部分，因此所有的非守护线程结束的时候，程序也就终止了， 同时也会杀死进程中所有的守护线程，反而言之就是存在非守护线程那么程序就不会终止。用户线程和守护线程两者几乎没有区别，唯一的不同之处就在于虚拟机的离开：如果用户线程已经全部退出运行了，只剩下守护线程存在了，虚拟机也就退出了。
因为没有了被守护者，守护线程也就没有工作可做了，也就没有继续运行程序的必要了。
将线程转换为守护线程可以通过调用Thread对象的setDaemon(true)方法来实现。在使用守护线程时需要注意一下几点：
(1)thread.setDaemon(true)必须在thread.start()之前设置，否则会跑出一个IllegalThreadStateException异常。你不能把正在运行的常规线程设置为守护线程。
(2) 在Daemon线程中产生的新线程也是Daemon的。
(3) 守护线程应该永远不去访问固有资源，如文件、数据库，因为它会在任何时候甚至在一个操作的中间发生中断。

7. handler（饱和拒绝策略）：corePoolSize、 workQueue、 maximumPoolSize都不可用的时候执行的饱和策略。
   • 策略1：ThreadPoolExecutor.AbortPolicy（默认）拒绝执行（理解系统瘫痪了）
     在默认的处理策略。该处理在拒绝时抛出RejectedExecutionException，拒绝执行。
   • 策略2：ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy调用 execute 方法的线程本身运行任务（谁叫你来的找谁去）
     调用 execute 方法的线程本身运行任务。这提供了一个简单的反馈控制机制，可以降低新任务提交的速度。

• 策略3：ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy执行程序未关闭，则删除工作队列头部的任务（队里加个塞）
  如果执行程序未关闭，则删除工作队列头部的任务，然后重试执行(可能再次失败，导致重复执行)
• 策略4 ：ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy无法执行的任务被简单地删除（改天再来）
  无法执行的任务被简单地删除，将会丢弃当前任务，通过源码可以看出，该策略不会执行任务操作。

7.任务性质

可分为：CPU密集型任务，IO密集型任务，混合型任务
任务的执行时长。
任务是否有依赖——依赖其他系统资源，如数据库连接等。
CPU密集型任务
尽量使用较小的线程池，一般为CPU核心数+1。
因为CPU密集型任务使得CPU使用率很高，若开过多的线程数，只能增加上下文切换的次数，因此会带来额外的开销。
IO密集型任务
可以使用稍大的线程池，一般为2CPU核心数+1。
因为IO操作不占用CPU，不要让CPU闲下来，应加大线程数量，因此可以让CPU在等待IO的时候去处理别的任务，充分利用CPU时间。
混合型任务
可以将任务分成IO密集型和CPU密集型任务，然后分别用不同的线程池去处理。
只要分完之后两个任务的执行时间相差不大，那么就会比串行执行来的高效。
因为如果划分之后两个任务执行时间相差甚远，那么先执行完的任务就要等后执行完的任务，最终的时间仍然取决于后执行完的任务，而且还要加上任务拆分与合并的开销，得不偿失
依赖其他资源
如某个任务依赖数据库的连接返回的结果，这时候等待的时间越长，则CPU空闲的时间越长，那么线程数量应设置得越大，才能更好的利用CPU。
借鉴别人的文章 对线程池大小的估算公式：
最佳线程数目 = （（线程等待时间+线程CPU时间）/线程CPU时间 ） CPU数目
比如平均每个线程CPU运行时间为0.5s，而线程等待时间（非CPU运行时间，比如IO）为1.5s，CPU核心数为8，那么根据上面这个公式估算得到：((0.5+1.5)/0.5)*8=32。
可以出一个结论：
线程等待时间所占比例越高，需要越多线程。线程CPU时间所占比例越高，需要越少线程。
原文链接：https://blog.csdn.net/ZGL_cyy/article/details/118230264