Java多线程总结（二）锁、线程池

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一、Java中锁

什么是锁。锁就是为了保护资源，防止多个线程同时操作资源时出错的机制。

我们先来看一下锁的类图：

　　如图，Java中的锁有两个主要的根接口——Lock和ReadWriteLock，分别表示锁和读写锁。其中Lock的主要实现类是ReetrantLock。ReadWriteLock的主要实现类是ReetrantReadWriteLock。而ReetrantReadWriteLock读写锁是通过两个内部类——ReadLock和WriteLock实现的，其中ReadLock是共享锁，WriteLock是独占锁。这两个内部类都实现了Lock接口。

（1）、Java中的锁主要有以下几种概念：

1、同步锁　　

　　同一时刻，一个同步锁只能被一个线程访问。以对象为依据，通过synchronized关键字来进行同步，实现对竞争资源的互斥访问。

2、独占锁（可重入的互斥锁）　

　　互斥，即在同一时间点，只能被一个线程持有；可重入，即可以被单个线程多次获取。什么意思呢？根据锁的获取机制，它分为“公平锁”和“非公平锁”。Java中通过ReentrantLock实现独占锁，默认为非公平锁。

3、公平锁　

　　是按照通过CLH等待线程按照先来先得的规则，线程依次排队，公平的获取锁，是独占锁的一种。Java中，ReetrantLock中有一个Sync类型的成员变量sync，它的实例为FairSync类型的时候，ReetrantLock为公平锁。设置sync为FairSync类型，只需——Lock lock = new ReetrantLock(true)。

4、非公平锁　

　　是当线程要获取锁时，它会无视CLH等待队列而直接获取锁。ReetrantLock默认为非公平锁，或——Lock lock = new ReetrantLock(false)。

5、共享锁　　　　

　　能被多个线程同时获取、共享的锁。即多个线程都可以获取该锁，对该锁对象进行处理。典型的就是读锁——ReentrantReadWriteLock.ReadLock。即多个线程都可以读它，而且不影响其他线程对它的读，但是大家都不能修改它。CyclicBarrier， CountDownLatch和Semaphore也都是共享锁。

6、读写锁　　

　　维护了一对相关的锁，“读取锁”用于只读操作，它是“共享锁”，能同时被多个线程获取。“写入锁”用于写入操作，它是“独占锁”，只能被一个线程锁获取。Java中，读写锁为ReadWriteLock 接口定义，其实现类是ReentrantReadWriteLock，包括内部类ReadLock和WriteLock。方法readLock()、writeLock()分别返回度操作的锁和写操作的锁。

（至于“死锁”，并不是一种锁，而是一种状态，即两个线程互相等待对方释放同步监视器的时候，双方都无法继续进行，造成死锁。）

 锁的用法主要就是下面的流程：

        //先得到lock
        
        lock.lock();//然后获取锁
        try {
            //各种控制操作
        }catch(Exception e){
            
        }finally {
            lock.unlock();//解锁
        }    

可以看到，这样的用法比synchronized关键字依据对象同步，要方便简单的多。

（2）LockSupport和Condition

1、LockSupport

　　是用来创建锁和其他同步类的基本线程阻塞原语。 LockSupport中的静态方法park() 和 unpark() 的作用分别是阻塞线程和解除阻塞线程，而不会导致死锁。演示如下：

package lock;

import java.util.concurrent.locks.LockSupport;

public class LockSupportTest {
    static Thread mainThread = null;
    public static void main(String[] args) {
        //获取主线程
        mainThread = Thread.currentThread();
        //新建线程并启动
        MyThread thread1 = new MyThread("thread1");
        thread1.start();
        //模拟线程工作开始
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----》 runs now!");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----》 running step " + i);
            //当前线程睡眠1秒
            sleepOneSecond();
            if(i == 2){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----》 now pack main thread——————————");
                //让主线程阻塞
                LockSupport.park();
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----》 run over!");
        
    }
    
    /**当前线程暂停一秒钟 */
    public static void sleepOneSecond(){
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    static class MyThread extends Thread {

        public MyThread(String name){
            super(name);
        }
        
        @Override
        public void run() {
            synchronized (this) {
                //模拟工作开始
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----》 runs now!");
                for (int i = 0; i < 5; i++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----》 running step " + i);
                    //当前线程睡眠1秒
                    sleepOneSecond();
                }
                //模拟工作结束
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----》 run over!");
                
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----》 now unpack main thread———————— ");
            //解除主线程的阻塞
            LockSupport.unpark(mainThread);
        }       
    }
}

结果如下：

thread1-----》 runs now!
thread1-----》 running step 0
main-----》 runs now!
main-----》 running step 0
thread1-----》 running step 1
main-----》 running step 1
main-----》 running step 2
thread1-----》 running step 2
main-----》 now pack main thread——————————
thread1-----》 running step 3
thread1-----》 running step 4
thread1-----》 run over!
thread1-----》 now unpack main thread———————— 
main-----》 running step 3
main-----》 running step 4
main-----》 run over!

2、Condition

　　对锁进行精确的控制，可用来代替Object中的wait、notify、notifyAll方法，需要和Lock联合使用。可以通过await(),signal()来休眠、唤醒线程。创建方式：Condition condition = lock.newCondition();

演示懒得自己写了，参照http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3496716.html，如下：

package LockSupportTest;

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ConditionTest {
    private static Lock lock = new ReentrantLock();
    private static Condition condition = lock.newCondition();

    public static void main(String[] args) {

        ThreadA ta = new ThreadA("ta");

        lock.lock(); // 获取锁
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" start ta");
            ta.start();

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" block");
            condition.await();    // 等待

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" continue");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            lock.unlock();    // 释放锁
        }
    }

    static class ThreadA extends Thread{

        public ThreadA(String name) {
            super(name);
        }

        public void run() {
            lock.lock();    // 获取锁
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" wakup others");
                condition.signal();    // 唤醒“condition所在锁上的其它线程”
            } finally {
                lock.unlock();    // 释放锁
            }
        }
    }
}

结果如下：

main start ta
main block
ta wakup others
main continue

如上，用起来挺简单的。

二、线程池

我们先来看一下线程池的类图：

1、介绍

　　可见，线程池的主要是由一个Executor接口统筹的。这个接口代表一个执行者，是一个典型的命令模式的运用。这个接口只有一个方法void execute(Runnable command)，提交并执行任务。

　　ExecuteService顾名思义，指的是Executor的服务类，继承了Executor接口，提供了更详细的控制线程的方法。

　　AbstractExecutorService是一个抽象类，实现了ExecutorService大部分的方法。

　　而我们最常用的ThreadPoolExecutor则继承了ExecutorService。

　　ForkJoinPool是JDK7新增的线程池，也是继承了这个线程类。

　　ScheduledExecutorService这个接口继承了ExecutorService，比ExecutorService新增了“延时”和“周期执行”的功能。

　　ScheduledThreadPoolExecutor这个类则实现了ScheduledExecutorService接口，且继承了ThreadPoolExecutor，新增了“延时”和“周期执行”的功能。

　　Executors是一个线程池的工厂类，提供一系列静态方法，用于创建各种不同功能的线程池或线程相关的对象。

　　而线程池的使用，最基本的就是如下：　　

         // 创建各种线程 
         Thread thread1 = new MyThread();
         Thread thread2 = new MyThread();
         Thread thread3 = new MyThread();

         // 创建线程池pool

         // 将线程放入池中进行执行
         pool.execute(thread1 );
         pool.execute(thread2 );
         pool.execute(thread3 );

         // 关闭线程池
         pool.shutdown();     

2、ForkJoinPool

　　可见，整个线程池系列，说白了，也就3个类ThreadPoolExecutor、ScheduledThreadPoolExecutor、ForkJoinPool。一个是普通线程池，一个是新增了“延时”和“周期执行”的功能的线程池。那么ForkJoinPool是什么呢？

　　ForkJoinPool为了是解决现在、未来计算机多核的问题。ExecuteService其他实现类基本都是基于单核下执行的，解决的是并发问题，而ForkJoinPool解决的是并行问题。ExcuteService中处于后面的任务需要等待前面任务执行后才有机会执行，而ForkJoinPool会采用work-stealing模式帮助其他线程执行任务。work-stealing模式——所有在池中的线程尝试去执行其他线程创建的子任务，这样就很少有线程处于空闲状态，非常高效。

　　ForkJoinPool除了可以执行Runnable任务外，还可以执行ForkJoinTask任务，即ForkJoinPool的execute方法可以传入一个ForkJoinTask对象，这个任务对象跟Runnable的不同是，ForkJoinTask被放到线程内部的队列里面，而普通的Runnable任务被放到线程池的队列里面了。

　　需要详细了解ForkJoinPool，可以参考http://blog.csdn.net/aesop_wubo/article/details/10300273。

　　

3、Executors

　　Executors是一个线程池的工厂类，提供一系列静态方法，用于创建各种不同功能的线程池或线程相关的对象。

　　主要有如下的几个静态方法：

　　newCachedThreadPool()　　：　　创建一个具有缓存功能的线程池，系统根据需要创建线程，这些线程被缓存在线程池中。

　　newFixedThreadPool(int nThreads)　　:　　创建一个可重用的，具有固定线程数的线程池。

　　newSingleThreadExecutor()　　:　　创建一个只有一个单线程的线程池。

　　newScheduledThreadPool(int corePoolSize)　　:　　创建具有指定数目的线程池，可以指定延时后执行任务，即使线程空闲，也被保持在线程池内。

　　newSingleThreadScheduledExecutor()　　:　　创建一个只有一个单线程的线程池，可以指定延时后执行任务。

4、线程池的状态

　　线程池的状态有五种——RUNNING, SHUTDOWN, STOP, TIDYING, TERMINATED

　　（图片出处：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3509960.html）

　　RUNNING　　：　　线程池处在RUNNING状态时，能够接收新任务，以及对已添加的任务进行处理。

　　SHUTDOWN　　：　　线程池处在SHUTDOWN状态时，不接收新任务，但能处理已添加的任务。

　　STOP　　：　　线程池处在STOP状态时，不接收新任务，不处理已添加的任务，并且会中断正在处理的任务。

　　TIDYING　　：　　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()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空 的，若用户想在线程池变为TIDYING时，进行相应的处理；可以通过重载terminated()函数来实现。

　　TERMINATED　　：　　线程池彻底终止，就变成TERMINATED状态。

参考：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/java_threads_category.html

　　http://blog.csdn.net/aesop_wubo/article/details/10300273

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