JAVA线程以及线程池

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一、实现线程方式

1.1 类继承Thread类

Thread本质上是实现了Runnable接口的实例，自己类继承Thread类，等于重写了Thread对Runnable接口的实现。启动线程的唯一方法就是通过Thread类的start()方法.

/**
 * @Description
 * @Date 2021/07/15 17:11
 * @Created by cc
 */
public class MyThread extends Thread{

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

    public static void main(String[] args){
        Thread myThread = new MyThread();

        myThread.start();
    }
}

1.2 实现Runnable接口

实现Runnable接口，这个在类已经继承了一个类的场景下用的比较多，因为Java的类只能extends一个类。Runnable在运行时，需要占用一个Thread实例，然后通过Thread类的start()方法启动。所以实现代码如下：

/**
 * @Description
 * @Date 2021/07/15 17:16
 * @Created by cc
 */
public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyRunnable");
    }

    public static void main(String[] args){
        Thread myThread = new Thread(new MyRunnable());

        myThread.start();
    }
}

1.3 实现Callable接口

需要获取异步线程执行的返回值时，可以实现Callable接口，执行Callable任务后，获取一个Future对象，通过Future的get()方法可以获取异步线程返回值。这里线程会自主检查Future是否都返回，是个阻塞过程，需要等到所有线程任务执行完成，才会继续获取Future之后的代码流程。

public class MyCallable implements Callable<String> {

    private int i;

    public MyCallable(int i){
        this.i = i;
    }

    @Override
    public String call() throws Exception {
        Thread.sleep(1000);
        return "this is thread-"+i;
    }

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        FutureTask futureTask = new FutureTask(new MyCallable(10));

        new Thread(futureTask).start();

        System.out.println(futureTask.get());
    }
}

二、线程池

线程是非常宝贵的资源，每次使用时才创建，使用完就销毁，非常耗时和消耗资源，所以将线程先预先初始化一定数量到内存，即线程池。

Java里面线程池最顶级的接口是Executor，但是严格意义上讲，Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具，真正的线程池接口是ExecutorService。

ThreadExectorPool为了使用方便，提供了有四种线程池工厂：CachedThreadPool、FixedThreadPool、ScheduledThreadPool、SingleThreadExecutor。

2.1 CachedThreadPool

可缓存的线程池，线程空闲最长时间为60s，无限大的线程池，如果线程池的大小大于执行任务的大小，空闲线程（超过60s）会被回收。比较适合处理时间比较小的任务。

线程池接口源码如下

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

通过源码接口，可以看出CachedThreadPool的一些特性：

一个可以无限扩大的线程池，最大为JVM能够承受的最大线程数量
corePoolSize为0，即回收线程最小剩余为0
keepAliveTime为60s.
采用 SynchronousQueue 队列存储等待任务，这个阻塞队列没有存储空间，所以只要有新任务过来，就必须要新生成线程处理任务。

2.2 FixedThreadPool

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

特点分析：

是一种固定大小的线程池
corePoolSize和maximunPoolSize都为用户设定的线程数量nThreads
keepAliveTime为0，说明线程一旦空闲，就会被回收，但是没有什么用，因为已经固定corePoolSize数量和maximunPoolSize，并且二者相等，所以不会出现空闲线程，多的任务只会在队列中等待。
阻塞队列使用LinkedBlockingQueue，是一个无界队列。
由于阻塞队列是一个无界队列，因此永远不可能拒绝到来的任务。
有采用了无界队列，实际线程数将永远维持在nThreads数量，因此maximunPoolSize和keepAliveTime将没有用途。

2.3 SingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(){
    return new ThreadPoolExecutor(1,1,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

只会有一条线程工作
corePoolSize为1,
采用无界阻塞队列LinkedBlockingQueue存储等待任务。

2.4 ScheduledThreadPool

可通过参数设定延迟执行或者定时执行任务的线程池，构造接口可分为两类：仅指定corePoolSize和

（1）仅指定corePoolSize

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }

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

指定核心线程数，corePoolSize
maximunPoolSize为无限大
使用DelayedWorkQueue作为等待任务的存储队列，此队列为无界队列。
keepAliveTime为0，由于DelayedWorkQueue为无界队列，所以keepAliveTime和maximunPoolSize无效

（2）ScheduledThreadPool实现延迟、定时任务

ScheduledThreadPool不仅仅继承了ExecutorService类，同时还继承了ScheduledExecutorService，ScheduledExecutorService也继承ExecutorService。在ScheduledExecutorService类中提供了延迟和定时任务的线程任务支持。方法源码接口如下：

schedule(Runnable command,long delay,TimeUnit unit)

public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
                                       long delay, TimeUnit unit);

* command: 实现Runnable接口的类

* delay：延迟执行时间

* unit：时间的单位

schedule(Callable<String> callable,long delay,TimeUnit unit)

public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,
                                           long delay, TimeUnit unit);

* callable：带返回的线程实现类

*delay：延迟执行时间

*unit：时间单位

scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit)

public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
                                                  long initialDelay,
                                                  long period,
                                                  TimeUnit unit);

scheduleWithFixedDelay(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit)

public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
                                                     long initialDelay,
                                                     long delay,
                                                     TimeUnit unit);

说明：scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay都是带延迟、定时功能的线程池执行任务接口，区别在于scheduleAtFixedRate只在线程池任务开始时延迟，scheduleWithFixedDelay线程池的每个任务都会延迟。

三、自建线程池

以上四个线程池的配置，是jdk提供，但是用着很不方便，比如队列无界、最大线程数参数无效、拒绝策略只是默认的抛出异常，阻止系统正常运行。

自己配置一个线程池，需要定义ThreadExectorPool对象，ThreadExectorPool提供的构造接口如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {}

corePoolSize：核心线程池数量
maxinumPoolSize：最大线程池数量
keepAliveTime：线程空闲时间
unit：时间单位
workQueue：线程任务阻塞队列，后面介绍线程池中使用的队列类型以及功能。
treadFactory：线程生成工厂，默认即可。
handler：线程任务数量大于maximumPoolSize时，执行拒绝线程任务的操作。

3.1 阻塞队列介绍

3.1.1 ArrayBlockingQueue

由数组构成的有界阻塞队列，可以设置队列的大小，最大特色是可以设置公平队列，但是设置成公平队列后，会降低吞吐量。第二个参数设置成true，即可实现公平队列。

ArrayBlockingQueue queue1 = new ArrayBlockingQueue(1000,true);

3.1.2 LinkedBlockingQueue

基于链表的阻塞队列，是最常用的阻塞队列，其能高效的处理并发数据，是因为其在访问者和消费者两端使用独立的锁来保证数据的同步，即生产者和消费者可以同时访问队列。

LinkedBlockingQueue默认大小为Integer.MAX_VALUE，可主动设置队列大小。

LinkedBlockingQueue queue2 = new LinkedBlockingQueue(666);

3.1.3 PriorityBlockingQueue

是一个支持优先级的无界队列，默认情况是对元素采取自然顺序生序排列，可自定义compareTo()方法，来指定元素的进行排序规则。

3.1.4 DelayQueue

支持延迟获取元素的无界阻塞队列。队列中的元素必须实现Delayed接口，在创建元素时，可以指定元素多久才能从队列中出来，只有延迟期满时，才能从队列中获取到元素。

使用场景：

缓存系统，一旦能从DelayQueue中获取到缓存元素，表示元素的缓存有效期到了。
定时任务，delayQueue存储了定时了任务，一旦能取出定时任务，表示定时任务执行时间到了。ScheduledThreadPool使用了DelayWorkQueue

3.1.5 SynchronousQueue

不存储数据队列。

3.1.6 LinkedTranferQueue

由链表实现的无界阻塞队列。

3.1.7 LinkedBlockingDeque

链表实现的双向阻塞队列，可以从表头或者表尾拿元素。

总结：阻塞队列是以上7种，但是在线程池使用时，一般使用到的是LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue，LinkedBlockingQueue使用场景很好理解，SynchronousQueue使用场景参照CacheThreadPool，想有任务过来，立马开启线程处理。DelayQueue也可以用作定时任务线程池，但是一般会直接使用Java提供的ScheduledThreadPool工厂获取线程池。