多线程与线程池

多线程

基本相关概念

进程：是指计算机在执行的程序的实体。
线程：是指一个程序内部的顺序控制流。
进程与线程之间的关系：一个进程中可以包含一个或多个线程，一个线程就是一个程序内部的一条执行线索。
进程和线程的区别：
1.每个进程都有独立的代码和数据空间，进程的切换会有很大的开销。
2.同一类线程共享代码和数据空间，每个线程有独立运行的栈和程序计数器，线程切换的开销小。
多进程：在操作系统中能同时运行多个任务（程序）。
多线程：在同一应用程序中有多个顺序流同时执行。
并行：多个处理器或多核处理器同时处理多个任务。
并发：多个任务在同一个CPU核上，按细分的时间片轮流（交替）执行，从逻辑上来看那些任务是同时进行的。
（并发和并行可以抽象的理解为：排队等咖啡，并发就是两个队列和一台咖啡机；并行就是两个队列和两台咖啡机。）

多线程实现的方式

实现多线程有三种方式：
1.继承Thread类，重写run()方法。
2.实现Runnable接口。
3.实现Callable接口。
注意：1.Runnable接口的run()方法没有返回值，Callable可以拿到返回值，所以Callable可以看做是Runnable的补充。
2.无论是实现Runnable接口还是Callable接口，在实例化实现类后，都要将实例化的对象注入到Thread类的有参构造中。也就是说还需要实例化Thread对象，只有Thread类下的start()方法才能使线程启动。

线程状态及其生命周期

线程的状态：
1.new 尚未启动
2.runnable 正在执行
3.blocked 阻塞的（被同步锁或者IO锁阻塞）
4.waiting 永久等待状态
5.timed-waiting 等待指定的时间重新被唤醒的状态
6.terminated 执行完成
线程的生命周期图：

图片1.jpg

线程类中的主要方法

图片3.jpg

注意：启动一个线程是调用 start()方法，使线程就绪状态，以后可以被调度为运行状态，一个线程必须关联一些具体的执行代码，run()方法是该线程所关联的执行代码。
sleep()和wait()有什么区别：
1.类的不同：sleep()来自Thread，wait()来自Object。
2.释放锁：sleep()不释放锁；wait()释放锁。
3.用法不同：sleep()时间到会自动恢复；wait()可以使用notify()/notifyAll()直接唤醒。
notify()和notifyAll()有什么区别：
1.notifyAll()会唤醒所有的线程，notify()之后唤醒一个线程。
2.notifyAll()调用后，会将全部线程由等待池移到锁池，然后参与锁的竞争，竞争成功则继续执行，如果不成功则留在锁池等待锁被释放后再次参与竞争。而notify()只会唤醒一个线程，具体唤醒哪一个线程由虚拟机控制。

线程的优先级

1.Java提供一个线程调度器来监控程序中启动后进入就绪状态的所有线程，线程调度器按照线程的优先级来决定应调度哪个线程来执行。
2.Java线程的优先级用1～10的整数来表示，越小则优先级越低。（但是Java的优先级是高度依赖于操作系统的实现的）
Thread类的三个常量，表示常用的线程优先级：

Thread.MIN_PRIORITY   //1  
Thread.NORM_PRIORITY   // 5  
Thread.MAX_PRIORITY // 10

缺省时线程具有NORM_PRIORITY

线程的终止

自动终止：一个线程完成执行后，不能再次运行
手动终止：
stop( ) —— 已过时，基本不用。
interrupt( ) —— 粗暴的终止方式
可通过使用一个标志指示 run 方法退出，从而终止线程。

线程同步

有时两个或多个线程可能会试图同时访问一个资源。例如，一个线程可能尝试从一个文件中读取数据，而另一个线程则尝试在同一文件中修改数据，在此情况下，数据可能会变得不一致。
为了确保在任何时间点一个共享的资源只被一个线程使用，使用了“同步”
当一个线程运行到需要同步的语句后，CPU不去执行其他线程中的、可能影响当前线程中的下一句代码的执行结果的代码块，必须等到下一句执行完后才能去执行其他线程中的相关代码块，这就是线程同步。
实现同步的两种方式：
1.将该方法用synchronized修饰。

synchronized void methodA() {
    ......
}

2.利用synchronized代码块。

synchronized (Object) {
 //要同步的语句
}

实现同步的两种方式的优缺点：
使用synchronized方法：
优点：可以显示的知道哪些方法是被synchronized关键字保护的。
缺点：方法中有些内容是不需要同步的，如果该方法执行会花很长时间，那么其他人就要花较多时间等待锁被归还；只能取得自己对象的锁，有时候程序设计的需求，可能会需要取得其他对象的锁。
使用synchronized代码块：
优点：可以针对某段程序代码同步，不需要浪费时间在别的程序代码上；
可以取得不同对象的锁。
缺点：无法显示的得知哪些方法是被synchronized关键字保护的。

线程池

线程池（英语：thread pool）：一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。例如，线程数一般取cpu数量+2比较合适，线程数过多会导致额外的线程切换开销。

线程池的创建方式

线程池创建有七种方式，最核心的是最后一种：
1.newSingleThreadExecutor()：它的特点在于工作线程数目被限制为1，操作一个无界的工作队列，所以它保证了所有任务的都是被顺序执行，最多会有一个任务处于活动状态，并且不允许使用者改动线程池实例，因此可以避免其改变线程数目。
2.newCachedThreadPool()：它是一种用来处理大量短时间工作任务的线程池，具有几个鲜明特点：它会试图缓存线程并重用，当无缓存线程可用时，就会创建新的工作线程；如果线程闲置的时间超过 60 秒，则被终止并移出缓存；长时间闲置时，这种线程池，不会消耗什么资源。其内部使用 SynchronousQueue 作为工作队列。
3.newFixedThreadPool(int nThreads)：重用指定数目（nThreads）的线程，其背后使用的是无界的工作队列，任何时候最多有 nThreads 个工作线程是活动的。这意味着，如果任务数量超过了活动队列数目，将在工作队列中等待空闲线程出现；如果有工作线程退出，将会有新的工作线程被创建，以补足指定的数目 nThreads。
4.newSingleThreadScheduledExecutor()：创建单线程池，返回 ScheduledExecutorService，可以进行定时或周期性的工作调度；
5.newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：和newSingleThreadScheduledExecutor()类似，创建的是个 ScheduledExecutorService，可以进行定时或周期性的工作调度，区别在于单一工作线程还是多个工作线程。
6.newWorkStealingPool(int parallelism)：这是一个经常被人忽略的线程池，Java 8 才加入这个创建方法，其内部会构建ForkJoinPool，利用Work-Stealing算法，并行地处理任务，不保证处理顺序；
7.ThreadPoolExecutor()：是最原始的线程池创建，上面1-3创建方式都是对ThreadPoolExecutor的封装。

线程池的状态

RUNNING：这是最正常的状态，接受新的任务，处理等待队列中的任务。
SHUTDOWN：不接受新的任务提交，但是会继续处理等待队列中的任务。
STOP：不接受新的任务提交，不再处理等待队列中的任务，中断正在执行任务的线程。
TIDYING：所有的任务都销毁了，workCount 为 0，线程池的状态在转换为 TIDYING 状态时，会执行钩子方法 terminated()。
TERMINATED：terminated()方法结束后，线程池的状态就会变成这个。

线程池中 submit() 和 execute() 方法的区别

execute()：只能执行 Runnable 类型的任务。
submit()：可以执行 Runnable 和 Callable 类型的任务。
Callable 类型的任务可以获取执行的返回值，而 Runnable 执行无返回值。