Java多线程

最新推荐文章于 2025-07-29 12:15:13 发布

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本文深入探讨Java多线程核心技术，包括线程控制方法如wait/notify、线程池使用及配置、Callable与Future实现机制等。同时介绍了Executor框架、线程安全集合类以及原子变量的使用。

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1.(wait/notify/sleep/yield/join)

synchronized, wait, notify结合:典型场景生产者消费者问题

1、sleep方法
sleep方法的作用是让当前线程暂停指定的时间（毫秒），需要注意的是其与wait方法的区别。最简单的区别是，wait方法依赖于同步，而sleep方法可以直接调用。而更深层次的区别在于sleep方法只是暂时让出CPU的执行权，并不释放锁，而wait方法则需要释放锁。简单点理解就是使用sleep方法，线程是处于阻塞状态的，而调用wait方法，线程会在被唤醒后重新进入就绪状态竞争CPU资源。

2、yield方法
　　yield方法的作用是暂停当前线程，以便其他线程有机会执行，不过不能指定暂停的时间，并且也不能保证当前线程马上停止。yield方法只是将线程转变为就绪状态。与wait方法类似，但是线程在调用yield方法后，不需要被唤醒，而是直接进入就绪参加CPU资源竞争。
　　在实际开发过程中这个方法的使用场景很少，主要使用的地方是调试和测试。

3、join方法
　　join方法的作用是父线程等待子线程执行完成后再执行，换句话说就是将异步执行的线程合并为同步的线程。JDK中提供三个版本的join方法，其实现与wait方法类似，join()方法实际上执行的join(0)，而join(long millis, int nanos)也与wait(long millis, int nanos)的实现方式一致，暂时对纳秒的支持也是不完整的。

4、wait()方法的作用是将当前运行的线程挂起（即让其进入阻塞状态），直到notify()或notifyAll()方法来唤醒线程.

5、wait(long timeout)，该方法与wait()方法类似，唯一的区别就是在指定时间内，如果没有notify()或notifAll()方法的唤醒，也会自动唤醒。

2、Callable与Futura

使用Callable和Future接口创建线程。具体是创建Callable接口的实现类，并实现clall()方法。并使用FutureTask类来包装Callable实现类的对象，且以此FutureTask对象作为Thread对象的target来创建线程。
Runnable、Callable、Future、FutureTask的区别与示例

public class ThreadTest {


    public static void main(String[] args) {


        Callable<Integer> myCallable = new MyCallable();    // 创建MyCallable对象
        FutureTask<Integer> ft = new FutureTask<Integer>(myCallable); //使用FutureTask来包装MyCallable对象


        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            if (i == 30) {
                Thread thread = new Thread(ft);   //FutureTask对象作为Thread对象的target创建新的线程
                thread.start();                      //线程进入到就绪状态
            }
        }


        System.out.println("主线程for循环执行完毕..");
        
        try {
            int sum = ft.get();            //取得新创建的新线程中的call()方法返回的结果
            System.out.println("sum = " + sum);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}




class MyCallable implements Callable<Integer> {
    private int i = 0;


    // 与run()方法不同的是，call()方法具有返回值
    @Override
    public Integer call() {
        int sum = 0;
        for (; i < 100; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + i);
            sum += i;
        }
        return sum;
    }

}

首先，我们发现，在实现Callable接口中，此时不再是run()方法了，而是call()方法，此call()方法作为线程执行体，同时还具有返回值！在创建新的线程时，是通过FutureTask来包装MyCallable对象，同时作为了Thread对象的target。
于是，我们发现FutureTask类实际上是同时实现了Runnable和Future接口，由此才使得其具有Future和Runnable双重特性。通过Runnable特性，可以作为Thread对象的target，而Future特性，使得其可以取得新创建线程中的call()方法的返回值。
执行下此程序，我们发现sum = 4950永远都是最后输出的。而“主线程for循环执行完毕..”则很可能是在子线程循环中间输出。由CPU的线程调度机制，我们知道，“主线程for循环执行完毕..”的输出时机是没有任何问题的，那么为什么sum =4950会永远最后输出呢？
原因在于通过ft.get()方法获取子线程call()方法的返回值时，当子线程此方法还未执行完毕，ft.get()方法会一直阻塞，直到call()方法执行完毕才能取到返回值。

3、java中Executor、ExecutorService、ThreadPoolExecutor介绍
Executor：java多线程管家，Executor允许你管理异步任务的执行，而无须显示地管理线程的生命周期。
ExecutorService扩展了Executor接口，添加了一些用于生命周期管理的方法。

Java通过Executors提供四种线程池，分别为：
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，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，则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
	final int index = i;
	try {
		Thread.sleep(index * 1000);
	} catch (InterruptedException e) {
		e.printStackTrace();
	}


	cachedThreadPool.execute(new Runnable() {


		@Override
		public void run() {
			System.out.println(index);
		}
	});
}

线程池类为 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，常用构造方法为：

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,
long keepAliveTime, TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
RejectedExecutionHandler handler)
corePoolSize：线程池维护线程的最少数量
maximumPoolSize：线程池维护线程的最大数量
keepAliveTime：线程池维护线程所允许的空闲时间
unit：线程池维护线程所允许的空闲时间的单位
workQueue：线程池所使用的缓冲队列
handler：线程池对拒绝任务的处理策略

一个任务通过 execute(Runnable)方法被添加到线程池，任务就是一个 Runnable类型的对象，任务的执行方法就是 Runnable类型对象的run()方法。

当一个任务通过execute(Runnable)方法欲添加到线程池时：

如果此时线程池中的数量小于corePoolSize，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要创建新的线程来处理被添加的任务。
如果此时线程池中的数量等于 corePoolSize，但是缓冲队列 workQueue未满，那么任务被放入缓冲队列。
如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量小于maximumPoolSize，建新的线程来处理被添加的任务。
如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量等于maximumPoolSize，那么通过 handler所指定的策略来处理此任务。

也就是：处理任务的优先级为：
核心线程corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize，如果三者都满了，使用handler处理被拒绝的任务。

当线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止。这样，线程池可以动态的调整池中的线程数。

unit可选的参数为java.util.concurrent.TimeUnit中的几个静态属性：
NANOSECONDS、MICROSECONDS、MILLISECONDS、SECONDS。

workQueue我常用的是：java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue

handler有四个选择：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException异常
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
重试添加当前的任务，他会自动重复调用execute()方法
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
抛弃旧的任务
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()
抛弃当前的任务
int corePoolSize = 5;

int maxPoolSize = 10;

long keepAliveTime = 5000;

ExecutorService threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor( corePoolSize, maxPoolSize, keepAliveTime, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>() );

自从Java 1.5之后，在java.util.concurrent包下提供了若干个阻塞队列，主要有以下几个：
　　ArrayBlockingQueue：基于数组实现的一个阻塞队列，在创建ArrayBlockingQueue对象时必须制定容量大小。并且可以指定公平性与非公平性，默认情况下为非公平的，即不保证等待时间最长的队列最优先能够访问队列。
　　LinkedBlockingQueue：基于链表实现的一个阻塞队列，在创建LinkedBlockingQueue对象时如果不指定容量大小，则默认大小为Integer.MAX_VALUE。
　　PriorityBlockingQueue：以上2种队列都是先进先出队列，而PriorityBlockingQueue却不是，它会按照元素的优先级对元素进行排序，按照优先级顺序出队，每次出队的元素都是优先级最高的元素。注意，此阻塞队列为无界阻塞队列，即容量没有上限（通过源码就可以知道，它没有容器满的信号标志），前面2种都是有界队列。
　　DelayQueue：基于PriorityQueue，一种延时阻塞队列，DelayQueue中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素。DelayQueue也是一个无界队列，因此往队列中插入数据的操作（生产者）永远不会被阻塞，而只有获取数据的操作（消费者）才会被阻塞。

4、多线程集合

ArrayBlockingQueue
LinkedBlockingQueue
数组是连续的一片内存
链表是不连续的一片内存
传统方式下用Collections工具类提供的synchronizedCollection方法来获得同步集合。
java5中提供了如下一些同步集合类：
　　> 通过看java.util.concurrent包下的介绍可以知道有哪些并发集合
　　> ConcurrentHashMap 可以进行并发操作的HashMap,并发的HashMap还有 Collections.synchronizedMap(m) ，有了ConcurrentHashMap后，Collections.synchronizedMap(m)不怎么使用了。
　　>ConcurrentSkipListMap 实现了SortedMap<K,V> ，类似于TreeMap
　　>ConcurrentSkipListSet 实现了SortedSet, 类似于TreeSet
　　> CopyOnWriteArrayList
　　> CopyOnWriteArraySet
传统方式下的Collection在迭代时，不允许对集合进行修改。

5、Java多线程并发编程之原子变量与非阻塞同步机制