Java多线程原理与实践
1、Java语言对多线程的支持
Java语言对多线程的支持通过类Thread和接口Runnable来实现。这里就不多说了，重点强调两个地方：
① start（）方法的调用后并不是立即执行多线程代码，而是使得该线程变为可运行态（Runnable），什么时候运行是由操作系统决定的。
② Thread.sleep（）方法调用目的是不让当前线程独自霸占该进程所获取的CPU资源，以留出一定时间给其他线程执行的机会（也就是靠内部自己协调）。
2、线程状态
- 新建状态（New）：新创建了一个线程对象。
- 就绪状态（Runnable）：线程对象创建后，其他线程调用了该对象的start（）方法。该状态的线程位于可运行线程池中，变得可运行，等待获取CPU的使用权。
- 运行状态（Running）：就绪状态的线程获取了CPU，执行程序代码。
- 阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种： 等待阻塞：运行的线程执行wait（）方法，JVM会把该线程放入等待池中。 同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM把该线程放入锁。 其他阻塞：运行的线程执行sleep（）或join（）方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep（）状态超时、 join（）等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
- 死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run（）方法，该线程结束生命周期。
3、Java中线程的调度API
Java中关于线程调度的API最主要的有下面几个：
- 线程睡眠：Thread.sleep（long millis）方法
- 线程等待：Object类中的wait（）方法
- 线程让步：Thread.yield（） 方法
- 线程加入：join（）方法
- 线程唤醒：Object类中的notify（）方法
关于这几个方法的详细应用，可以参考SUN的API。这里重点总结一下这几个方法的区别和使用。
sleep方法与wait方法的区别：
- sleep方法是静态方法，wait方法是非静态方法。
- sleep方法在时间到后会自己“醒来”，但wait不能，必须由其它线程通过notify（All）方法让它“醒来”。
- sleep方法通常用在不需要等待资源情况下的阻塞，像等待线程、数据库连接的情况一般用wait。
sleep/wait与yeld方法的区别：调用sleep或wait方法后，线程即进入block状态，而调用yeld方法后，线程进入runnable状态。
wait与join方法的区别：
- wait方法体现了线程之间的互斥关系，而join方法体现了线程之间的同步关系。
- wait方法必须由其它线程来解锁，而join方法不需要，只要被等待线程执行完毕，当前线程自动变为就绪。
- join方法的一个用途就是让子线程在完成业务逻辑执行之前，主线程一直等待直到所有子线程执行完毕。
4、Java线程池
1.减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
2.可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。
Java里面线程池的顶级接口是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。
比较重要的几个类：
| ExecutorService | 真正的线程池接口。 |
| ScheduledExecutorService | 能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。 |
| ThreadPoolExecutor | ExecutorService的默认实现。 |
| ScheduledThreadPoolExecutor | 继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。 |
要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。（四种ExecutorService）
1. newSingleThreadExecutor
创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
2.newFixedThreadPool
创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
3. newCachedThreadPool
创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，
那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。
4.newScheduledThreadPool
创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
5、使用ExecutorService、Callable、Future实现有返回结果的多线程
ExecutorService、Callable、Future这个对象实际上都是属于Executor框架中的功能类。想要详细了解Executor框架的可以访问http://www.javaeye.com/topic/366591 ，这里面对该框架做了很详细的解释。返回结果的线程是在JDK1.5中引入的新特征，确实很实用，有了这种特征我就不需要再为了得到返回值而大费周折了，而且即便实现了也可能漏洞百出。
可返回值的任务必须实现Callable接口，类似的，无返回值的任务必须Runnable接口。执行Callable任务后，可以获取一个Future的对象，在该对象上调用get就可以获取到Callable任务返回的Object了，再结合线程池接口ExecutorService就可以实现传说中有返回结果的多线程了。下面提供了一个完整的有返回结果的多线程测试例子，在JDK1.5下验证过没问题可以直接使用。代码如下：
import java.util.concurrent.*;
import java.util.Date;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
/**
* Java线程：有返回值的线程
*
* @author wb_qiuquan.ying
*/
@SuppressWarnings("unchecked")
public class Test {
public static void main(String[] args) throws ExecutionException,
InterruptedException {
System.out.println("----程序开始运行----");
Date date1 = new Date();
int taskSize = 5;
// 创建一个线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(taskSize);
// 创建多个有返回值的任务
List<Future> list = new ArrayList<Future>();
for (int i = 0; i < taskSize; i++) {
Callable c = new MyCallable(i + " ");
// 执行任务并获取Future对象
Future f = pool.submit(c);
// System.out.println(">>>" + f.get().toString());
list.add(f);
}
// 关闭线程池
pool.shutdown();
// 获取所有并发任务的运行结果
for (Future f : list) {
// 从Future对象上获取任务的返回值，并输出到控制台
System.out.println(">>>" + f.get().toString());
}
Date date2 = new Date();
System.out.println("----程序结束运行----，程序运行时间【"
+ (date2.getTime() - date1.getTime()) + "毫秒】");
}
}
class MyCallable implements Callable<Object> {
private String taskNum;
MyCallable(String taskNum) {
this.taskNum = taskNum;
}
public Object call() throws Exception {
System.out.println(">>>" + taskNum + "任务启动");
Date dateTmp1 = new Date();
Thread.sleep(1000);
Date dateTmp2 = new Date();
long time = dateTmp2.getTime() - dateTmp1.getTime();
System.out.println(">>>" + taskNum + "任务终止");
return taskNum + "任务返回运行结果,当前任务时间【" + time + "毫秒】";
}
} 代码说明：
上述代码中Executors类，提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
创建固定数目线程的线程池。
public static ExecutorService newCachedThreadPool()
创建一个可缓存的线程池，调用execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
创建一个单线程化的Executor。
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。
ExecutoreService提供了submit()方法，传递一个Callable，或Runnable，返回Future。如果Executor后台线程池还没有完成Callable的计算，这调用返回Future对象的get()方法，会阻塞直到计算完成。
6、Java创建线程的三种方式：Thread、Runnable、Callable
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