进程，线程和线程池讲解

最新推荐文章于 2024-07-25 17:59:48 发布

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分类专栏： Java 线程池文章标签： java 多线程线程池

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线程池

进程和线程

进程是一个动态的过程，是一个活动实体。简单来说，一个应用程序的运行就可以被看成一个进程，而线程是运行中的实际的执行者。可以说，一个进程中包含多个可以同时运行的线程。

线程，程序执行流的最小执行单位，是进程中的实际运作单位。

线程的生命周期：

使用 new Thread() 方法创建一个线程，在线程创建完成之后，线程进入就绪状态（Runable），此时创建出来的线程进入抢占CPU资源的状态，当线程抢占到CPU的执行权后，线程就就进入运行状态（Running），当线程的任务执行完成后或者是非常态的调用stop()方法之后，线程就进入死亡状态。

线程还具有一个阻塞状态，

线程进入阻塞状态有三种情况：

1.当线程主动调用sleep()方法时，线程进入阻塞状态
2.当线程主动调用阻塞IO方法时，这个方法有一个返回参数，在参数返回之前，线程会处于阻塞状态。
3.当线程进入等待某个执行通知时，会进入阻塞状态。

为什么线程会进入阻塞状态？

线程在CPU中运行，而CPU的资源非常宝贵，当线程正在进行某种不确定时长的任务时，不能让它一直占用CPU的执行权，而影响其他任务的执行，Java会自动回收CPU的执行权，从而合理的分配应用CPU的资源。

线程是如何跳出阻塞状态的？

当线程结束阻塞状态后，会重新进入就绪状态，重新抢夺CPU的执行权。线程进入阻塞状态都有时间限制的，当sleep()方法的睡眠时长过去后，或者IO方法在返回参数之后，或者获取得到等待的通知时，就自动跳出了阻塞状态，（或当调用 wait() 方法使线程进入阻塞状态，需要手动调用 notify() 方法使其结束阻塞状态）。

单线程与多线程

单线程，就是只有一条线程执行任务，适用于执行程序是有序排列的。

多线程，创建多条线程同时执行任务，这是我们在日常生活中比较常见的。但多线程经常会遇到并行,并发和线程安全问题。

并行和并发，都是同时执行多种任务，

二者是有区别的：

并发，就是同时执行多种事件，实际上多种事件并不是同时进行的，而是交替进行的，由于CPU的运算速度非常快，给我们造成一种错觉，多种事件在同一时间内一起进行。

并行，才是真正意义上的同一时间进行多种事件，这种是在多核CPU的基础上完成的。

为什么会存在多线程安全问题？

如果多个线程共同执行同一个任务，这就意味着他们共享同一种资源，当第一条线程先抢占到CPU资源，他刚刚进行了第一次操作，而此时第二条线程抢占到了CPU的资源，这时共享资源还没来得及更新，第二条线程就在原始数据的基础上执行，就会出现两条线程使用了同一资源的情况，可能会导致程序出现异常，如售票问题。

造成这些问题的主要矛盾在于，线程抢占CPU执行权与资源的共享发生了冲突。解决的方法很简单，就是在第一条线程占据CPU资源时，阻止第二条线程同时抢占CPU的执行权，保证数据可以及时更新。在代码中，我们只需要在方法中使用同步代码块（volatile，synchronized，Lock）即可。

线程池

线程池，一块缓存一定数量线程的区域。在一个应用程序中，我们需要多次使用方法，多次创建线程和销毁线程，而在创建并销毁线程的过程中势必会消耗内存，而在Java中内存资源异常宝贵，而线程池就很好的解决了内存的浪费使用。

优势：

    1.降低资源消耗：通过重复利用已经创建的线程降低线程创建和销毁造成的资源消耗。
    2.提高响应效率：当任务到达时，任务不需要等待线程的创建就能立即执行。
    3.提高线程的可管理性：线程本就是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配，调优和监控。

线程池的使用

线程池真正的实现类是ThreadPoolExecutor，其构造方法如下：

在这里插入图片描述

重要参数：

corePoolSize(必需)：核心线程数，默认情况下，核心线程会一直存活，但是当将 allowCoreThreadTimeout设置为 true时，核心线程也会超时被回收。

maximumPoolSize（必需）：线程池所能容纳的最大线程数，当活跃的线程数达到最大值后，后续的新任务就会被阻塞。

keepActiveTime（必需）：线程闲置时长，如果线程闲置时间超过该时长，非核心线程就会被回收。

unit（必需）：指定keepActiveTime参数的时间单位，常用：TimeUnit.MILLISECONDS，TimeUnit.SECONDS,
TimeUnit.MINUTES。

workQueue（必需）：任务列队，通过线程池的 execute() 方法提交的Runable 对象将保存在该参数中，采用 BlockingQueue（阻塞列队）接口实现。

在这里插入图片描述

threadFactory（可选）：线程工厂，用于指定为线程池创建新线程的方式。

handler（可选）：拒绝策略，当达到最大线程数时需要执行的饱和策略。

在这里插入图片描述

线程池工作原理

在这里插入图片描述

线程池参数

拒绝策略（handler）

当线程池的线程总数达到最大线程数时，如果还有任务需要执行，就需要执行拒绝策略，拒绝策略需要实现 RejuctedExecutionHandler 接口，并实现 rejectedExecution（Runable r,ThreadPoolExecutor executor）方法。不过 Executor框架已经为我们实现了四种拒绝策略：

AbortPolicy(默认)；
丢弃任务并抛出异常RejuctedExecutionException。

CallerRunsPolicy:
由调用线程处理该任务。

DiscardPolicy:
弃置策略，丢弃任务但是不会抛出异常。可以配合这种模式进行自定义的处理方式。

DiscardOldestPolicy:
丢弃队列中最早的未处理的任务，然后重新尝试执行任务。

线程工厂（threadFactory）

线程工厂指定创建线程的方式，需要实现 ThreadFactory 接口，并要实现 newThread(Runnable r) 方法，参数可以不指定，Executors框架已经实现为我们实现了一个默认的工厂。

DefaultThreadFactory

public Thread newThread(Runnable r){

}

任务队列

任务队列是基于阻塞队列实现的，采用生产者消费者模式，在Java中需要实现 BlockingQueue 接口。

7种阻塞队列：

1）ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列（数组结构可配合指针形成一个环形列队）

2）**LinkedBlockingQueue：**一个由链表结构组成的有界阻塞队列，在未指明容量时，容量默认为 Integer.MAX_VALUE。

3）PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列，对元素没有要求，可以实现 Comparable 接口也可以提供 Comparator 来对队列的元素进行比较。跟时间没有任何关系，仅仅是按照优先级取任务。

4）DelayQueue：类似于 PriorityBlockingQueue ，是二叉树实现的无界优先级阻塞队列，要求元素都实现 Delay 接口，通过执行时延从队列中提取任务，时间不到任务取不出来。

5）SynchronizedQueue：一个不储存元素的阻塞队列，消费者线程调用 take() 方法的时候就会发生阻塞，直到有一个生产者生产了一个元素，消费者线程就可以拿到这个元素并返回；生产者调用 put() 方法时也会发生阻塞，直到有一个消费者线程消费了一个元素，生产者才会返回。

6）LinkedBlockingDeque：使用双向队列实现的有界双端阻塞队列。双端以为着可以想普通队列一样FIFO，也可以想栈一样FILO。

7）LinkedTransferQueue：他是 ConcurrentBlockingQueue 和LinkedBlockingQueue 和 SynchronizedBlockingQueue 的结合体，但是把他用在 ThreadPoolExecutor 中，和LinkedBlockingQueue 一致，但是是无界的阻塞队列。