多线程与线程池

传统的创建线程的方式（如继承 Thread 类、实现 Runnable 接口）会存在以下问题：

1. 每次新建/销毁线程对象消耗资源、响应速度慢；
2. 线程缺乏统一管理，容易出现阻塞情况。

JAVA 提供了线程池来解决以上问题，这也是推荐的使用方式。

创建线程池

线程池的创建方法：

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

ThreadPoolExecutor 各参数解析：

参数	含义	备注
corePoolSize	线程池中的核心线程个数	默认情况下，核心线程一旦创建将一直存活，直到线程池关闭销毁。
maximummPoolSize	线程池允许创建的最大线程个数	当线程池中的线程数达到该值后，新的任务加入到线程池中将会被阻塞。
keepAliveTime	线程池中的非核心线程，处于闲置状态时的最长时间。	非核心线程闲置时间超过该值时，就会被系统回收销毁。 (如果设置 allowCoreThreadTimeOut 为 true 时，该值同样作用于核心线程)。
unit	keepAliveTime 的时间单位
workQueue	任务等待队列	该任务队列是一个阻塞队列（BlockQueue），当任务队列为空时，从中取任务会被阻塞；当任务队列满时，添加任务会被阻塞。
threadFactory	创建线程的工厂	为线程池创建新线程，一些对线程的统一操作可以在这个类里实现。
handler	当线程池无法处理任务时的处理方式	在 ThreadPoolExecutor 有 4 个实现 RejectedExecutionHandler 接口的静态内部类，代表 4 种不同的处理策略。 分别是：AbortPolicy（默认）、CallerRunsPolicy、DiscardOldestPolicy、DiscardPolicy

线程池的工作流程

1. 新创建的线程池在没有调用 execute()/commit() 时内部没有任何线程（除非通过 prestartXXX() 预热）。
2. 当有新任务时，首先判断当前核心线程数是否达到 corePoolSize，如果没有达到corePoolSize，则通过 threadFactory 创建一个核心线程。如果已经达到corePoolSize，则进入步骤3
3. 判断 workQueue 是否满了，如果没满，则将任务加入到 workQueue 中，当核心线程中的任务处理完时，会自动从 workQueue 中取没有被执行的任务。如果 workQueue 也满了，则进入步骤4
4. 判断当前线程是否达到 maximumPoolSize，如果没有达到 maximumPoolSize，则创建新的线程执行任务。如果已经达到 maximumPoolSize，则进入步骤 5
5. 到这一步就是兜底策略了，ThreadPoolExecutor 中提供了四种 RejectedExecutionHandler:
   • AbortPolicy：直接终止并抛出 RejectedExecutionException
   • CallerRunsPolicy：直接在调用 ThreadPolExecutor.execute(Runnable) 的线程中执行当前 Runnable 的 run() 方法。(在 Android 中如果是在主线程中调用的，就会发生ANR)
   • DiscardOldestPolicy：丢弃最早添加到队列中的任务，并尝试再次执行 execute() 方法。
   • DiscardPolicy：默默的直接丢掉被拒绝的任务，不做其他任何操作，rejectedExecution() 方法是空实现。

对应流程图如下：

四种线程池

一般情况下，我们不需要自己创建线程池，Java 已经给我们提供了 4 种不同配置的线程池，以应对不同的使用场景。

线程池类型	特点	使用 场景
Fixed ThreadPool	只有核心线程，数量由创建线程池时指定且固定不变；核心线程不会被系统自动关闭回收；当核心线程都运行时，添加新任务进入等待队列；任务队列无大小限制	控制最大并发线程数
Scheduled ThreadPool	由核心线程 + 非核心线程组成。核心线程数由创建线程池时指定且固定不变；非核心线程数量无限制（闲置时马上被回收，源码中是 10ms，因为 0s 代表不回收）；任务队列初始容量 16，支持动态扩容，无上限。	执行定时/周期性任务
Cached ThreadPool	所有线程都是非核心线程。最大线程数量无限制；优先使用闲置线程处理新任务；无闲置线程时创建新线程；具备超时机制灵活回收空闲线程，线程空置时间60s，全部回收时几乎不占系统资源）；任何线程任务到来都会立刻执行，不需要等待，因此等待队列中的任务数量永远为0。	执行大量、耗时少的线程任务。
SingleThread Executor	有且仅有 1 个核心线程。当核心线程非空闲状态时有新任务添加进来，会先进入等待队列，等待队列容量没有上限，保证所有任务按照指定顺序在一个线程中执行，不需要处理线程同步的问题。	不适合并发但可能引起 IO 阻塞性及影响 UI 线程响应的操作，如数据库操作，文件操作等。

关闭线程池

ExecutorService 提供了两个关闭线程池的方法：shutdown() 和 shutdownNow()，它们的区别如下：

• shutdown：设置线程池的状态为 SHUTDOWN，所有已经提交但没有执行完毕的任务会继续执行；再有新任务添加时会触发 RejectedExecutionHandler 执行。
• shutdownNow：设置线程池的状态为 STOP，然后尝试中断所有正在执行或暂停中的线程，并返回等待队列中的任务列表。

多线程的输入/输出流

多线程使用管道进行输入输出操作：

PipedOutputStream、PipedInputStream、PipedReader 和 PipedWriter 用于线程之间的数据传输，传输的媒介为内存。

多线程常见问题

多线程一定快吗？

多线程并不一定比串行快，因为线程有创建和上下文切换的开销。这就像我们同时读两本书，当我们在读一本英文的技术书时，发现某个单词不认识，于是便打开中英文字典，但是在放下英文技术书之前，大脑必须先记住这本书读到了多少页的第多少行，等查完单词之后，能够继续读这本书。这样的切换是会影响读书效率的，同样上下文切换也会影响多线程的执行速度。

如果一定要多线程，如何提高运行效率？

首先，多线程的开销是由于线程的创建和上下文切换导致的，所以需要从这两方面进行优化。

• 使用最少线程。避免创建不需要的线程，比如任务很少，但是创建来很多线程来处理，这样会造成大量线程处于等待状态。
• 协程。在单线程里实现多任务多调度，并在单线程里维持多个任务间的切换。
• 无锁并发编程。多线程竞争锁时，会引起上下文切换，所以多线程处理数据时，可以用一些方法来避免使用锁。
• CAS 算法。Java 的 Atomic 包使用 CAS 算法来更新数据，而不需要加锁。

如何避免死锁

• 避免一个线程同时获取多个锁。
• 避免一个线程在锁内同时占用多个资源，尽量保证每个锁只占用一个资源。
• 尝试使用定时锁，使用 lock.tryLock(timeout) 来替代使用内部锁机制。
• 对于数据库锁，加锁和解锁必须在同一个数据库连接里，否则会出现解锁失败的情况。