线程及线程池

线程

线程是调度CPU的最小单位，分为KLT与ULT模型。

JVM使用KLT模型，Java与OS保持1：1的映射关系，一个Java线程在OS中也会有一个对应的线程。

         线程状态

         NEW: 新建

         RUNNABLE: 运行

         BLOCKED: 阻塞

         WAITING: 等待

         TIMED_WAITING: 超时等待

         TERMINATED: 终结

         线程状态切换

线程池

         线程属于稀缺资源，如果被无限制创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性。

         Java中提供线程池（线程缓存池）对线程进行统一分配、调优和监控。

         频繁的创建和销毁线程，会大大降低系统的效率。

线程池使用场景

         单个任务处理时间比较短；

         需要处理的任务数量很大

线程池优势

         重用存在的线程，减少线程创建、消亡的开销，提高性能；

         提高相应速度。当任务到达直接开始执行，不需要创建；

         提高线程的可管理性

线程的实现

1. 实现Runnable，重写run()方法；
2. 实现Callable，重写call()方法：Callable接收泛型，同时他执行任务后带有返回内容。

Executor框架

         只拥有一个用于执行Runnable的execute方法。

• 子接口ExecutorService定义了线程池的具体行为

1. execute(Runnable command)：履行Runnable命令；
2. submit(task)：用来提交Callable或者Runnable任务，并返回代表此任务的Future对象；
3. shutdown()：在完成已提交的任务后封闭办事，不再接管新任务；
4. shutdownNow()：停止所有正在履行的任务并封闭办事；
5. isTerminated()：测试是否所有任务都履行完毕了；
6. isShutdown()：测试该ExecutorService是否已被关闭

重点属性

对线程池的运行状态和线程池中有效线程数量进行控制的一个字段；

包含：线程池的运行状态(runState)和线程池内有效线程的数量(workerCount)，它使用Integer：

前三位存储runState，后29位存储workerCount

private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

COUNT_BITS = 32-3 = 29

CAPACITY存储workerCount的上限，即29个1，大约是5亿个线程

线程池存在5种状态

1. RUNNING
   1. 线程池处于RUNNING状态是，能够接受新任务，以及对已添加的任务进行处理；
   2. 线程池的初始化状态，一旦被创建，就处于RUNNING状态，并且线程池中任务数=0
2. SHUTDOWN
   1. 线程池处于SHUTDOWN状态，不接收新任务，但能处理已添加的任务；
   2. 调用线程池的shutdown()，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN
3. STOP
   1. 线程池处在STOP状态时，不再接收新任务，不处理已添加的任务，并且会中断正在处理的任务
   2. 调用线程池的shutdownNow()，线程池由RUNNING/SHUTDOWN -> STOP
4. TIDYING
   1. 当所有的任务已终止，ctl记录的任务数量为0，线程池会变为TIDYING状态，当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。用户需重载此函数来实现。
   2. 线程池处于SHUTDOWN状态，阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空，就会有SHUTDOWN -> TIDYING。
   3. 线程池处于STOP状态，线程池中执行的任务为空时，就会由STOP->TIDYING
5. TERMINATED
   1. 线程池彻底中止，就会变为TERMINATED状态
   2. 线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由TIDYING -> TERMINATED

线程池重要实现

         ThreadPoolExecutor – 默认线程池

         ScheduledThreadPoolExecutor – 定时线程池

构造函数

corePoolSize – 线程池中核心线程数（CPU密集型:CPU核心数+1, IO密集型:2*CPU核心数+1）

当提交一个任务时，线程池会创建一个新线程执行任务，直到当前线程数=corePoolSize；

如果当前线程数为corePoolSize，继续提交的任务会被保存在阻塞队列中，等待被执行；

maximumPoolSize – 线程池中允许的最大线程数

如果当前任务阻塞队列满了，且继续提交任务，则创建新的线程执行任务，直到当前线程数等于maximumPoolSize

keepAliveTime – 线程池维护线程所允许的空闲时间

当线程池中线程> corePoolSize，如果此时没有任务继续提交，核心线程外的线程不会被销毁，而是会等待，直到等待时间大于keepAliveTime

Unit – keepAliveTime的单位

workQueue – 保存等待被执行的任务的阻塞队列，任务必须实现Runnable接口。

threadFactory – 用来创建线程，默认使用Executors.defaultThreadFactory()来创建线程

handler – 线程池饱和策略，当阻塞队列满了，且没有空闲的工作线程，如果继续提交任务，必须采取一种策略来处理该任务

1. AbortPolicy – 直接抛出异常，默认策略
2. CallerRunsPolicy – 用调用者所在的线程来执行任务；
3. DiscardOldestPolicy – 丢弃阻塞队列中最靠前的任务，并执行当前任务；
4. DiscardPolicy – 直接丢弃任务
5. 自定义 – 实现RejectExecutionHandler接口

S.D.

源码分析

execute() 提交任务且无返回值，当某一个线程出现异常，不会影响余下线程执行。

• WorkerCount < corePoolSize, 创建并启动一个核心线程来执行新提交的任务；
• workerCount>=corePoolSize且workQueue未满，则将任务加到改阻塞队列中；
• workerCount>=corePoolSize且workerCount
• workerCount>=maximumPoolSize且workQueue已满，则调用拒绝策略进行处理。

addWorker(Runnable firstTask, Boolean core)

         在线程池中创建一个新的线程并执行。

         firstTask: 用于指定新增的线程执行的第一个任务

         core: true【表示在新增线程时会判断当前活动线程是否少于corePoolSize】

                   false【新增线程前需要判断当前活动线程数是否少于maximumPoolSize】

Worker类

         线程池中每个线程被封装为一个Worker对象，ThreadPool维护的就是一组Worker对象。集成AQS，使用AQS来实现独占锁的功能，且不允许重入（与RenntranrLock的区别）

不允许重入理由：任务在调用setCorePoolSize这样的线程池控制方法时不允许重新获取锁，直接阻塞，以免中断正在运行的线程。

public Future submit() 任务执行完成以后有返回值