Java并发编程详解

线程的基础知识

关于线程的基础知识,比如线程的创建(Thread,Runnable),进程和线程的区别,以及线程的sleep、synchronized、wait、interrupt、join、yield等方法就不详细讲解了。有需要的可以参考海子大神的文章。

线程池

创建线程池

在java doc中,并不提倡我们直接使用ThreadPoolExecutor,而是使用Executors类中提供的几个静态方法来创建线程池:

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Executors.newCachedThreadPool();        //创建一个缓冲池,缓冲池容量大小为Integer.MAX_VALUE
Executors.newSingleThreadExecutor(); //创建容量为1的缓冲池
Executors.newFixedThreadPool(int); //创建固定容量大小的缓冲池

线程池的使用

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package map;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.*;

/**
* Created by benjamin on 12/24/15.
*/
public class ExecutorsUse {

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
fixedThreadPool();
singleThreadPool();
newCachedThreadPool();
scheduledThreadPool();
singleThreadScheduledPool();
customThreadPool();
}

/**
* 固定大小的线程池
*/
private static void fixedThreadPool() throws InterruptedException {
// 获取线程池最优大小
int fixNum = Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1;
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(fixNum);
Thread thread1 = new FixedThread();
Thread thread2 = new FixedThread();
Thread thread3 = new FixedThread();
Thread thread4 = new FixedThread();
Thread thread5 = new FixedThread();
fixedThreadPool.execute(thread1);
fixedThreadPool.execute(thread2);
fixedThreadPool.execute(thread3);
fixedThreadPool.execute(thread4);
fixedThreadPool.execute(thread5);

// 关闭线程池,不让其他线程加入,但是不终止线程的运行
fixedThreadPool.shutdown();
// 会等待线程池的线程都执行结束,才执行下面的语句
fixedThreadPool.awaitTermination(5, TimeUnit.MINUTES);
System.out.println("线程执行结束...");

/**
* 执行结果:
* pool-1-thread-1正在执行第: 0次
* pool-1-thread-4正在执行第: 0次
* pool-1-thread-3正在执行第: 0次
* pool-1-thread-5正在执行第: 0次
* pool-1-thread-2正在执行第: 0次
* pool-1-thread-5正在执行第: 1次
* pool-1-thread-3正在执行第: 1次
* pool-1-thread-3正在执行第: 2次
* pool-1-thread-4正在执行第: 1次
* pool-1-thread-4正在执行第: 2次
* pool-1-thread-1正在执行第: 1次
* pool-1-thread-5正在执行第: 2次
* pool-1-thread-2正在执行第: 1次
* pool-1-thread-2正在执行第: 2次
* pool-1-thread-1正在执行第: 2次
* 线程执行结束...
*/
}

/**
* 单任务线程池
*/
private static void singleThreadPool() throws InterruptedException {
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Thread thread1 = new FixedThread();
Thread thread2 = new FixedThread();
Thread thread3 = new FixedThread();
Thread thread4 = new FixedThread();
Thread thread5 = new FixedThread();
singleThreadExecutor.execute(thread1);
singleThreadExecutor.execute(thread2);
singleThreadExecutor.execute(thread3);
singleThreadExecutor.execute(thread4);
singleThreadExecutor.execute(thread5);

singleThreadExecutor.shutdown();
// 关闭线程池,不让其他线程加入,但是不终止线程的运行
singleThreadExecutor.shutdown();
// 会等待线程池的线程都执行结束,才执行下面的语句
singleThreadExecutor.awaitTermination(5, TimeUnit.MINUTES);
System.out.println("线程执行结束...");

/**
* 执行结果:
* pool-1-thread-1正在执行第: 0次
* pool-1-thread-1正在执行第: 1次
* pool-1-thread-1正在执行第: 2次
* pool-1-thread-1正在执行第: 0次
* pool-1-thread-1正在执行第: 1次
* pool-1-thread-1正在执行第: 2次
* pool-1-thread-1正在执行第: 0次
* pool-1-thread-1正在执行第: 1次
* pool-1-thread-1正在执行第: 2次
* pool-1-thread-1正在执行第: 0次
* pool-1-thread-1正在执行第: 1次
* pool-1-thread-1正在执行第: 2次
* pool-1-thread-1正在执行第: 0次
* pool-1-thread-1正在执行第: 1次
* pool-1-thread-1正在执行第: 2次
* 线程执行结束...
*/
}

/**
* 可变尺寸的线程池
*/
private static void newCachedThreadPool() throws InterruptedException {
ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
Thread thread1 = new FixedThread();
Thread thread2 = new FixedThread();
Thread thread3 = new FixedThread();
Thread thread4 = new FixedThread();
Thread thread5 = new FixedThread();
newCachedThreadPool.execute(thread1);
newCachedThreadPool.execute(thread2);
newCachedThreadPool.execute(thread3);
newCachedThreadPool.execute(thread4);
newCachedThreadPool.execute(thread5);

newCachedThreadPool.shutdown();
// 关闭线程池,不让其他线程加入,但是不终止线程的运行
newCachedThreadPool.shutdown();
// 会等待线程池的线程都执行结束,才执行下面的语句
newCachedThreadPool.awaitTermination(5, TimeUnit.MINUTES);
System.out.println("线程执行结束...");

/**
* pool-1-thread-1正在执行第: 0次
* pool-1-thread-5正在执行第: 0次
* pool-1-thread-4正在执行第: 0次
* pool-1-thread-3正在执行第: 0次
* pool-1-thread-2正在执行第: 0次
* pool-1-thread-2正在执行第: 1次
* pool-1-thread-3正在执行第: 1次
* pool-1-thread-4正在执行第: 1次
* pool-1-thread-4正在执行第: 2次
* pool-1-thread-5正在执行第: 1次
* pool-1-thread-5正在执行第: 2次
* pool-1-thread-1正在执行第: 1次
* pool-1-thread-3正在执行第: 2次
* pool-1-thread-2正在执行第: 2次
* pool-1-thread-1正在执行第: 2次
* 线程执行结束...
*/
}

/**
* 延迟连接池
* @throws InterruptedException
*/
private static void scheduledThreadPool() throws InterruptedException {
//创建一个线程池,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(5);
Thread thread1 = new FixedThread();
Thread thread2 = new FixedThread();
Thread thread3 = new FixedThread();
Thread thread4 = new FixedThread();
Thread thread5 = new FixedThread();
scheduledExecutorService.schedule(thread1, 5, TimeUnit.SECONDS);
scheduledExecutorService.schedule(thread2, 5, TimeUnit.SECONDS);
scheduledExecutorService.schedule(thread3, 5, TimeUnit.SECONDS);
scheduledExecutorService.schedule(thread4, 5, TimeUnit.SECONDS);
scheduledExecutorService.schedule(thread5, 5, TimeUnit.SECONDS);
System.out.println("现在开始的时间是: " + new Date());
// 关闭线程池,不让其他线程加入,但是不终止线程的运行
scheduledExecutorService.shutdown();
// 会等待线程池的线程都执行结束,才执行下面的语句
scheduledExecutorService.awaitTermination(5, TimeUnit.MINUTES);
System.out.println("线程执行结束...");

/**
* 现在开始的时间是: Thu Dec 24 18:05:44 CST 2015
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-4正在执行第: 0次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-1正在执行第: 0次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-2正在执行第: 0次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-2正在执行第: 1次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-1正在执行第: 1次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-3正在执行第: 0次
* pool-1-thread-4正在执行第: 1次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-1正在执行第: 2次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-2正在执行第: 2次
* pool-1-thread-5正在执行第: 0次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-4正在执行第: 2次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-5正在执行第: 1次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-5正在执行第: 2次
* pool-1-thread-3正在执行第: 1次
* 现在运行的时间是: Thu Dec 24 18:05:49 CST 2015_____
* pool-1-thread-3正在执行第: 2次
* 线程执行结束...
*/
}

/**
* 单任务延迟连接池
*/
private static void singleThreadScheduledPool() {
ScheduledExecutorService pool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
/**
* 其他都一样,这里就不写了
*/
}

/**
* 自定义连接池
* 自定义连接池稍微麻烦些,不过通过创建的ThreadPoolExecutor线程池对象,
* 可以获取到当前线程池的尺寸、正在执行任务的线程数、工作队列等等。
*/
private static void customThreadPool() {
// 创建等待队列
BlockingQueue bqueue = new ArrayBlockingQueue(20);
// 创建一个单线程执行程序,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(2, 3, 2, TimeUnit.MILLISECONDS, bqueue);
// ThreadPoolExecutor参数解释
// corePoolSize - 池中所保存的线程数,包括空闲线程。
// maximumPoolSize - 池中允许的最大线程数。
// keepAliveTime - 当线程数大于核心时,此为终止前多余的空闲线程等待新任务的最长时间。
// unit - keepAliveTime 参数的时间单位。
// workQueue - 执行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由 execute 方法提交的 Runnable 任务。
/**
* 其他都一样,这里就不写了
*/
}



}

class FixedThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i ++) {
System.out.println("现在运行的时间是: " + new Date() + "_____");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行第: " + i + "次");
}
}
}

在工作中如何设置线程池的大小呢?

设置线程池的大小

线程池的理想大小取决于被提交任务的类型以及所部署系统的特性。在代码中通常不会固定线程池的大小,而应该通过某种配置机制来提供,或者根据Runtime.availableProcessors来动态计算。
幸运的是,要设置线程池的大小也并不困难,只需要避免“过大”和“过小”这两种极端情况。如果线程池过大,那么大量的线程将在相对很少的CPU和内存资源上发生竞争,这不仅会导致更高的内存使用量,而且还可能耗尽资源。如果线程池过小,那么将导致许多空间的处理器无法执行工作,从而降低吞吐率。
要想正确地设置线程池的大小,必须分析计算环境、资源预算和任务的特性。在部署的系统中有多少个CPU?多大的内存?任务是计算密集型、I/O密集型还是二者皆可?它们是否需要像JDBC连接这样的稀缺资源?如果需要执行不同类别的任务,并且它们之间的行为相差很大,那么应该考虑使用多个线程池,从而使每个线程池可以根据各自的工作负载来调整。
对于计算密集型的任务,在拥有Ncpu个处理器的系统上,当线程池的大小为 Ncpu+1 时,通常能实现最优的利用率。
线程池的最优大小等于:

Nthreads = Ncpu * Ucpu * (1+W/C)

给定下列定义:

Ncpu是CPU的数目,一般可以通过这个公式获取
int N_CPUS = Runtime.getRuntime().availableProcessors()

Ucpu:CPU的利用率,范围为 0<=Ucpu<=1
W/C:是等待时间和计算时间的比值

一般需要根据任务的类型来配置线程池大小:

  如果是CPU密集型任务,就需要尽量压榨CPU,参考值可以设为 NCPU+1

  如果是IO密集型任务,参考值可以设置为2*NCPU

  当然,这只是一个参考值,具体的设置还需要根据实际情况进行调整,比如可以先将线程池大小设置为参考值,再观察任务运行情况和系统负载、资源利用率来进行适当调整。

Callable和Future以及FutureTask的实例应用


  
    有的时候我们的应用需要拿到线程执行完毕后的返回值,这个时候就需要用到Callable和Future以及FutureTask了。下面是一个实例,copy就可以运行,也可以看实例有详细注释说明。
  
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package map;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;

/**
* Created by benjamin on 12/25/15.
*/

public class CallableAndFuture {

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
testCallableAndFuture();
testCallableAndFuture2();
testCallableAndFuture3();
testCallableAndFutureTask();
}

/**
* 一个简单地Callable 和 future的使用简介
* @throws ExecutionException
* @throws InterruptedException
*/

private static void testCallableAndFuture() throws ExecutionException, InterruptedException {
Callable<Integer> call = new Callable<Integer>() {
public Integer call() throws Exception {
Thread.sleep(1000);
return new Random().nextInt(100);
}
};

FutureTask<Integer> future = new FutureTask<Integer>(call);
new Thread(future).start();
System.out.println("执行开始");
// 一直等到拿到值才继续往下走
System.out.println(future.get());
System.out.println("执行结束");

/**
* result
* 执行开始
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执行结束
*/

}

/**
* 在线程池中使用Callable来执行对应的任务.
* @throws ExecutionException
* @throws InterruptedException
*/

private static void testCallableAndFuture2() throws ExecutionException, InterruptedException {
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
Future<Integer> future = executorService.submit(new Callable<Integer>() {
public Integer call() throws Exception {
Thread.sleep(1000);
return new Random().nextInt(100);
}
});
System.out.println("线程开始");
System.out.println(future.get());
System.out.println("线程结束");

/**
* 执行结果和上面一样
*/

}

/**
* 执行多个callable 和 future任务,并且得到返回值
* @throws InterruptedException
* @throws ExecutionException
*/

private static void testCallableAndFuture3() throws InterruptedException, ExecutionException {
ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
CompletionService<Integer> cs = new ExecutorCompletionService<Integer>(threadPool);
for (int i = 1; i < 5; i++) {
final int taskID = i;
cs.submit(new Callable<Integer>() {
public Integer call() throws Exception {
System.out.println("子线程在进行计算");
Thread.sleep(taskID * 1000);
return taskID;
}
});
}
System.out.println("线程开始");
for (int i = 1; i < 5; i++) {
System.out.println(cs.take().get());
}
System.out.println("线程结束");

/**
* 执行的结果
* 子线程在进行计算
子线程在进行计算
线程开始
子线程在进行计算
子线程在进行计算
1 (每隔一秒输出下一个数,这表明get()是有一个值输出就立刻返回再继续等待下面的输出,最后全部输出完成向下执行)
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线程结束
*/

}

/**
* futureTask的使用
* FutureTask类实现了RunnableFuture接口,RunnableFuture继承了Runnable接口和Future接口
* 所以它既可以作为Runnable被线程执行,又可以作为Future得到Callable的返回值。
*/

private static void testCallableAndFutureTask() {
ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
Task task = new Task();
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>(task);
threadPool.submit(futureTask);
threadPool.shutdown();

try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

System.out.println("主线程在执行任务");

try {
System.out.println("task执行结果: " + futureTask.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}

System.out.println("所有任务执行完毕");
}
}

/**
* 任务task
*/

class Task implements Callable<Integer> {

public Integer call() throws Exception {
System.out.println("子线程在进行计算");
Thread.sleep(3000);
int sum = 0;
for (int i = 0; i < 100; i++) sum += i;
return sum;
}
}

参考文章: 海子大神

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