一天没有出过家门，实属无聊，没事瞎写写

1. 基本概念

1.1 多进程和多线程的概念

程序是由指令和数据组成，指令要运行，数据要加载，指令被 CPU 加载运行，数据被加载到内存，指令运行时可由 CPU 调度硬盘、网络等设备。一个线程就是一个指令，CPU 调度的最小单位，一个进程就是一系列的指令流，由 CPU 一条一条执行

• 进程是程序在计算机上的一次执行活动。当你运行一个程序，你就启动了一个进程。一系列指令

• 线程是进程中的实际运行单位，是独立运行与进程之中的子任务。一条单独的指令

1.2 并行与并发

并发和并行都是同时处理多路请求，目的是最大化 CPU 的利用率。并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生，并发是指多个事件在同一事件间隔内发生

• 并发是指单核 CPU 运行多线程时，时间片进行很快的切换，线程轮流执行 CPU

• 并行是指多核 CPU 运行多线程时，真正的在同一时刻运行

1.3 计算机存储体系

在很早之前，CPU 的频率与内存的频率在一个层面上，上世纪 90 年代，CPU 的频率大大提升，但内存的频率没有得到提升，导致 CPU 的运行速度比内存读写速度快很多，使 CPU 花费很长的时间等待数据的到来或把数据写入到内存中。为了解决 CPU 运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，就出现了 CPU 缓存，CPU 缓存分为三个级别，分别是 L1、L2、L3，级别越小越接近 CPU，速度也越来越快，容量也越来越小

多核 CPU 的情况下有多个一级缓存，如何保证缓存内部数据一致性，不让系统数据混乱，解决方案就是缓存一致性协议（Modified Exclusive Shared Or Invalid，MESI）或者锁住总线，其中锁住总线，效率非常低下CPU 串行，所以实际使用 MESI。MESI 通过四种状态来进行标记

对于 M 和 E 状态而言总是精确的，他们在和该缓存行的真正状态是一致的，而 S 状态可能是非一致的

1.4 线程的状态

sleep、yield 和 join 区别：

• sleep 执行后线程进入阻塞状态，当前线程休眠一段时间

• yield 执行后线程进入就绪状态，使当前线程和所有等待的线程一起进行竞争 CPU 资源

• join执行线程进入阻塞状态，t.join 表示阻塞调用此方法的线程，直到线程 t 完成，方可继续执行。底层实际调用 wait 方法

1. 新建状态（New）：线程对象被创建后，就进入了新建状态。例如：Thread thread = new Thread()

2. 就绪状态（Runnable）：也被称为"可执行状态"。线程对象呗创建后，其它线程调用了该对象的 start() 方法，从而就启动该线程。例如T.stat()，处于就绪状态的线程，随时可能被CPU调度执行

3. 运行状态（Running）：线程获取 CPU 权限进行执行。需要注意的是，线程只能从就绪状态进入到运行状态

4. 阻塞状态（Blocked）：阻塞状态是线程放弃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：

   1. 等待阻塞：通过调用线程的wait() 方法，让线程等待某工作的完成

   2. 同步阻塞：线程在获取 synchronized 同步锁失败，它会进入同步阻塞状态

   3. 其它阻塞：通过调用线程的 sleep() 或 join() 或发出 I/O 请求时，线程会进入到阻塞状态。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，线程重新转入到就绪状态

5. 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

2.多线程的实现方式

2.1继承 Thread 类创建线程

Thead 类本质上是实现了 Runnable 接口的一个实例，代表一个线程的实例

 1 /**
 2  * @description: 多线程实现方法1：集成Thread类
 3  * @author: DZ
 4  **/
 5 @Slf4j
 6 public class MyThread1 extends Thread {
 7     @Override
 8     public void run() {
 9         log.info("MyThread1");
10         log.info("MyThread2");
11     }
12 ​
13     public static void main(String[] args) {
14         MyThread1 t1 = new MyThread1();
15         MyThread1 t2 = new MyThread1();
16         t1.start();
17         t2.start();
18     }
19 }

2.2实现 Runnable 接口创建线程

如果自己的类已经 extends 另一个类，就无法直接 extends Thread，此时可以通过实现 Runnable 接口

避免单继承的局限性、适合多个相同的线程去处理同一个资源

 1 /**
 2  * @description: 多线程实现方法2：实现Runnable接口
 3  **/
 4 @Slf4j
 5 public class MyThread2 implements Runnable {
 6 ​
 7     @Override
 8     public void run() {
 9         log.info("MyThread1");
10         log.info("MyThread2");
11     }
12 ​
13     public static void main(String[] args) {
14         MyThread2 m = new MyThread2();
15         //1.调用run方法
16         Thread t1 = new Thread(m);
17         Thread t2 = new Thread(m);
18         t1.start();
19         t2.start();
20     }
21 }

2.3实现 Callable 接口，通过 Future Task 包装器来创建 Thread 线程

可以获取线程的返回值

 1 /**
 2  * @description: 多线程实现方法2：实现Callable接口
 3  * @author: DZ
 4  **/
 5 @Slf4j
 6 public class MyThread3 implements Callable {
 7     @Override
 8     public String call() throws Exception {
 9         log.info("MyThread1");
10         log.info("MyThread2");
11         return "MyThread3";
12     }
13 ​
14     public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
15         MyThread3 m = new MyThread3();
16         //存储返回值，其中泛型为返回值的类型
17         FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(m);
18         new Thread(futureTask).start();
19         System.out.println(futureTask.get());
20     }
21 ​
22 }

2.4通过线程池

2.4.1 线程池的主要参数

1 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
2   this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
3      Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
4 }

• corePoolSize

当向线程池提交一个任务时，若线程池已创建的线程数小于corePoolSize，即便此时存在空闲线程，也会通过创建一个新线程来执行该任务，直到已创建的线程数大于或等于corePoolSize时，（除了利用提交新任务来创建和启动线程（按需构造），也可以通过 prestartCoreThread() 或 prestartAllCoreThreads() 方法来提前启动线程池中的基本线程。）

• maximumPoolSize

线程池所允许的最大线程个数。当队列满了，且已创建的线程数小于maximumPoolSize，则线程池会创建新的线程来执行任务。另外，对于无界队列，可忽略该参数

• keepAliveTime

当线程池中线程数大于核心线程数时，线程的空闲时间如果超过线程存活时间，那么这个线程就会被销毁，直到线程池中的线程数小于等于核心线程数

• workQueue

用于传输和保存等待执行任务的阻塞队列

• ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列

• LinkedBlockingQueue 一个由链表结构组成的有界阻塞队列

• PriorityBlockingQueue 一个支持优先级排序的无界阻塞队列

• DelayQueue 一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列

• SynchronousQueue 一个不存储元素的阻塞队列

• LinkedTransferQueue 一个由链表结构组成的无界阻塞队列

• LinkedBlockingDeque 一个由链表结构组成的双向阻塞队列

作用：阻塞队列可以保证任务队列中没有任务时阻塞获取任务的线程，使得线程进入wait状态，释放cpu资源。当队列中有任务时才唤醒对应线程从队列中取出消息进行执行。使得在线程不至于一直占用cpu资源。

• threadFactory

用于创建新线程。threadFactory创建的线程也是采用new Thread()方式，threadFactory创建的线程名都具有统一的风格：pool-m-thread-n（m为线程池的编号，n为线程池内的线程编号）

• handler

当线程池和队列都满了，再加入线程会执行此策略

AbortPolicy: 直接抛出异常，阻止线程正常运行

1 public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
2     public AbortPolicy() {}
3     public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
4       throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +" rejected from " + e.toString());
5     }
6   }

CallerRunsPolicy: 直接在方法的调用线程中执行，除非线程池已关闭

1 public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
2     public CallerRunsPolicy() {}
3     public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
4       if (!e.isShutdown()) {
5         r.run();
6       }
7     }
8   }

DiscardPolica: 丢弃当前的线程任务而不做任何处理。如果系统允许在资源不足的情况下弃部分任务，则这将是保障系统安全、稳定的一种很好的方案

1 public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
2     public DiscardPolicy() {}
3     public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
4     }
5   }

DiscardOlderPolicy: 移除线程队列中最早（老）的一个线程任务，并尝试提交当前任务

1 public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
2     public DiscardOldestPolicy() { }
3     public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
4       if (!e.isShutdown()) {
5         e.getQueue().poll();// 最早（老）的任务出队列
6         e.execute(r);
7       }
8     }
9   }

2.4.2如何设置线程池

• CPU密集型

尽量使用较小的线程池，一般为CPU核心数+1。 因为CPU密集型任务使得CPU使用率很高，若开过多的线程数，会造成CPU过度切换。

• IO密集型任务

可以使用稍大的线程池，一般为2*CPU核心数。 IO密集型任务CPU使用率并不高，因此可以让CPU在等待IO的时候有其他线程去处理别的任务，充分利用CPU时间

• 混合型任务

线程数 = CPU核心数 * （1+平均等待时间 / 平均工作时间）

2.4.3 代码示例

 1 import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
 2 import org.junit.Test;
 3 ​
 4 import java.util.concurrent.*;
 5 ​
 6 /**
 7  * @description: 通过线程池实现多线程
 8  * @author: DZ
 9  **/
10 @Slf4j
11 public class MyThread4 {
12     //通常使用方式，定义前5个参数即可，其余默认
13     private ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor0 = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60,
14             TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10));
15 ​
16     //所有参数均自定义(增加工厂ThreadFactory和拒绝方式Handle)
17     private ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor1 = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60,
18             TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10), new ThreadFactory() {
19         @Override
20         public Thread newThread(Runnable r) {
21             Thread thread = new Thread(r);
22             log.info("我是线程{}", thread.getName());
23             return thread;
24         }
25     }, new RejectedExecutionHandler() {
26         @Override
27         public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
28             log.info("线程被去掉{}", new Thread(r).getName());
29         }
30     });
31 ​
32     //所有参数均自定义，拒绝方式使用默认new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy(),new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy(),new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy(),new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()
33     private ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor2 = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60,
34             TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10), new ThreadFactory() {
35         @Override
36         public Thread newThread(Runnable r) {
37             Thread thread = new Thread(r);
38             log.info("我是线程{}", thread.getName());
39             return thread;
40         }
41     }, new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
42 ​
43     @Test
44     public void testRunnable() {
45         threadPoolExecutor0.execute(new Runnable() {
46             @Override
47             public void run() {
48                 log.info("MyThread1");
49                 log.info("MyThread2");
50             }
51         });
52     }
53 ​
54     @Test
55     public void testCallable() throws ExecutionException, InterruptedException {
56         Future<String> submit = threadPoolExecutor1.submit(new Callable<String>() {
57             @Override
58             public String call() throws Exception {
59                 log.info("MyThread1");
60                 log.info("MyThread2");
61                 return "MyThread4";
62             }
63         });
64         System.out.println(submit.get());
65     }
66 }

3 常见的线程池

3.1 FixedThreadPool

适用于任务数量已知，且相对耗时的任务

1 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { 
2     return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); 
3 }

3.2 SingleThreadExecutor

这种线程池非常适合所有任务都需要按被提交的顺序来执行的场景，是个单线程的串行。

1     public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
2         return new FinalizableDelegatedExecutorService
3             (new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
4     }
5 ​
6     public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
7         return new FinalizableDelegatedExecutorService
8             (new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),threadFactory));
9     }

3.3 CachedThreadPool

核心线程池为0，存活时间为60s，适合小而快的任务

1   public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
2         return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>());
3     }
4 ​
5     public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
6         return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>(),threadFactory);
7     }

3.4 ScheduledThreadPool

支持定时或者周期执行的任务

 1  public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
 2         super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,new DelayedWorkQueue());
 3     }
 4     public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,ThreadFactory threadFactory) {
 5         super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
 6     }
 7     public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,RejectedExecutionHandler handler) {
 8         super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,new DelayedWorkQueue(), handler);
 9     }
10     public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler) {
11         super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,new DelayedWorkQueue(), threadFactory, handler);
12     }

eg

 1 public static void main(String[] args) {
 2         ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5);
 3         // 1. 延迟一定时间执行一次
 4         service.schedule(() ->{
 5             System.out.println("schedule ==> 延迟一定时间执行一次");
 6         },2, TimeUnit.SECONDS);
 7         // 2. 按照固定频率周期执行
 8         service.scheduleAtFixedRate(() ->{
 9             System.out.println("scheduleAtFixedRate ==> 按照固定频率周期执行");
10         },2,3,TimeUnit.SECONDS);
11         //3. 按照固定频率周期执行
12         service.scheduleWithFixedDelay(() -> {
13             System.out.println("scheduleWithFixedDelay ==> 按照固定频率周期执行");
14         },2,5,TimeUnit.SECONDS);
15     }

• 首先我们看第一个方法 schedule , 它有三个参数，第一个参数是线程任务，第二个delay 表示任务执行延迟时长，第三个unit 表示延迟时间的单位，如上面代码所示就是延迟两秒后执行任务

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

• 第二个方法是 scheduleAtFixedRate 如下, 它有四个参数，command 参数表示执行的线程任务 ，initialDelay 参数表示第一次执行的延迟时间，period 参数表示第一次执行之后按照多久一次的频率来执行，最后一个参数是时间单位。如上面案例代码所示，表示两秒后执行第一次，之后按每隔三秒执行一次

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

• 第三个方法是 scheduleWithFixedDelay 如下，它与上面方法是非常类似的，也是周期性定时执行, 参数含义和上面方法一致。这个方法和 scheduleAtFixedRate 的区别主要在于时间的起点计时不同。scheduleAtFixedRate 是以任务开始的时间为时间起点来计时，时间到就执行第二次任务，与任务执行所花费的时间无关；而 scheduleWithFixedDelay 是以任务执行结束的时间点作为计时的开始。如下所示

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

3.5 SingleThreadEcheduledExecutor

它实际和 ScheduledThreadPool。线程池非常相似，它只是 ScheduledThreadPool的一个特例，内部只有一个线程，它只是将 ScheduledThreadPool 的核心线程数设置为了 1。如源码所示：

1  public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
2         return new DelegatedScheduledExecutorService(new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
3     }

3.6 ForkJoinPool

这是一个在 JDK7引入的新新线程池，它的主要特点是可以充分利用多核CPU，可以把一个任务拆分为多个子任务，这些子任务放在不同的处理器上并行执行，当这些子任务执行结束后再把这些结果合并起来，这是一种分治思想。

3.7 newWorkStealingPool

WorkStealingPool背后是使用ForkJoinPool实现的(JDK8)