线程池原理分析

并发包

(计数器)CountDownLatch
CountDownLatch 类位于java.util.concurrent包下，利用它可以实现类似计数器的功能。比如有一个任务A，它要等待其他4个任务执行完毕之后才能执行，此时就可以利用CountDownLatch来实现这种功能了。CountDownLatch是通过一个计数器来实现的，计数器的初始值为线程的数量。每当一个线程完成了自己的任务后，计数器的值就会减1。当计数器值到达0时，它表示所有的线程已经完成了任务，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复执行任务。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子线程开始执行...");
                countDownLatch.countDown();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子线程结束执行...");
            }
        }).start();
        
        new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子线程开始执行...");
                countDownLatch.countDown();//计数器值每次减去1
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",子线程结束执行...");
            }
        }).start();
        countDownLatch.await();// 減去为0,恢复任务继续执行
        System.out.println("两个子线程执行完毕....");
        System.out.println("主线程继续执行.....");
        for (int i = 0; i <10; i++) {
            System.out.println("main,i:"+i);
        }
    }

(屏障)CyclicBarrier

CyclicBarrier初始化时规定一个数目，然后计算调用了CyclicBarrier.await()进入等待的线程数。当线程数达到了这个数目时，所有进入等待状态的线程被唤醒并继续。

CyclicBarrier就象它名字的意思一样，可看成是个障碍， 所有的线程必须到齐后才能一起通过这个障碍。

CyclicBarrier初始时还可带一个Runnable的参数， 此Runnable任务在CyclicBarrier的数目达到后，所有其它线程被唤醒前被执行。

class Writer extends Thread {
    private CyclicBarrier cyclicBarrier;
    public Writer(CyclicBarrier cyclicBarrier){
         this.cyclicBarrier=cyclicBarrier;
    }
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + ",正在写入数据");
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        }
        System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + ",写入数据成功.....");
        
        try {
            cyclicBarrier.await();
        } catch (Exception e) {
        }
        System.out.println("所有线程执行完毕..........");
    }

}

public class Test001 {

    public static void main(String[] args) {
        CyclicBarrier cyclicBarrier=new CyclicBarrier(5);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            Writer writer = new Writer(cyclicBarrier);
            writer.start();
        }
    }

}

(计数信号量)Semaphore

Semaphore是一种基于计数的信号量。它可以设定一个阈值，基于此，多个线程竞争获取许可信号，做自己的申请后归还，超过阈值后，线程申请许可信号将会被阻塞。Semaphore可以用来构建一些对象池，资源池之类的，比如数据库连接池，我们也可以创建计数为1的Semaphore，将其作为一种类似互斥锁的机制，这也叫二元信号量，表示两种互斥状态。它的用法如下：

availablePermits函数用来获取当前可用的资源数量

wc.acquire(); //申请资源

wc.release();// 释放资源

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

class ThradDemo001 extends Thread {
    private String name;
    private Semaphore wc;

    public ThradDemo001(String name, Semaphore wc) {
        this.name = name;
        this.wc = wc;
    }

    public void run() {
        // 剩下的资源
        int availablePermits = wc.availablePermits();
        if (availablePermits > 0) {
            System.out.println(name + "天助我也，终于有茅坑了.....");
        } else {
            System.out.println(name + "怎么没有茅坑了...");
        }
        try {
            // 申请资源
            wc.acquire();
        } catch (InterruptedException e) {

        }
        System.out.println(name + "终于上厕所啦.爽啊" + ",剩下厕所:" + wc.availablePermits());
        try {
            Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        }
        System.out.println(name + "厕所上完啦!");
        // 释放资源
        wc.release();
    }
}

public class TestSemaphore {

    public static void main(String[] args) {
        Semaphore semaphore = new Semaphore(3);
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            ThradDemo001 thradDemo001 = new ThradDemo001("第" + i + "个人", semaphore);
            thradDemo001.start();
        }
    }

} 

结果

第1个人天助我也，终于有茅坑了.....
第10个人天助我也，终于有茅坑了.....
第10个人终于上厕所啦.爽啊,剩下厕所:1
第9个人天助我也，终于有茅坑了.....
第3个人天助我也，终于有茅坑了.....
第5个人天助我也，终于有茅坑了.....
第8个人天助我也，终于有茅坑了.....
第6个人天助我也，终于有茅坑了.....
第4个人天助我也，终于有茅坑了.....
第2个人天助我也，终于有茅坑了.....
第7个人天助我也，终于有茅坑了.....
第9个人终于上厕所啦.爽啊,剩下厕所:0
第1个人终于上厕所啦.爽啊,剩下厕所:2
第1个人厕所上完啦!
第3个人终于上厕所啦.爽啊,剩下厕所:0
第3个人厕所上完啦!
第5个人终于上厕所啦.爽啊,剩下厕所:0
第10个人厕所上完啦!
第8个人终于上厕所啦.爽啊,剩下厕所:0
第5个人厕所上完啦!
第6个人终于上厕所啦.爽啊,剩下厕所:0
第9个人厕所上完啦!
第4个人终于上厕所啦.爽啊,剩下厕所:0
第6个人厕所上完啦!
第2个人终于上厕所啦.爽啊,剩下厕所:0
第4个人厕所上完啦!
第7个人终于上厕所啦.爽啊,剩下厕所:0
第7个人厕所上完啦!
第8个人厕所上完啦!
第2个人厕所上完啦!

阻塞队列与非阻塞队

阻塞队列与普通队列的区别在于，当队列是空的时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞，或者当队列是满时，往队列里添加元素的操作会被阻塞。试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其他的线程往空的队列插入新的元素。同样，试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞，直到其他的线程使队列重新变得空闲起来，如从队列中移除一个或者多个元素，或者完全清空队列.

1.ArrayDeque, （数组双端队列） 
2.PriorityQueue, （优先级队列） 
3.ConcurrentLinkedQueue, （基于链表的并发队列） 
4.DelayQueue, （延期阻塞队列）（阻塞队列实现了BlockingQueue接口） 
5.ArrayBlockingQueue, （基于数组的并发阻塞队列） 
6.LinkedBlockingQueue, （基于链表的FIFO阻塞队列） 
7.LinkedBlockingDeque, （基于链表的FIFO双端阻塞队列） 
8.PriorityBlockingQueue, （带优先级的无界阻塞队列） 
9.SynchronousQueue （并发同步阻塞队列）

ConcurrentLinkedDeque

ConcurrentLinkedQueue : 是一个适用于高并发场景下的队列，通过无锁的方式，实现 了高并发状态下的高性能，通常ConcurrentLinkedQueue性能好于BlockingQueue.它 是一个基于链接节点的无界线程安全队列。该队列的元素遵循先进先出的原则。头是最先 加入的，尾是最近加入的，该队列不允许null元素。 ConcurrentLinkedQueue重要方法: add 和offer() 都是加入元素的方法(在ConcurrentLinkedQueue中这俩个方法没有任何区别) poll() 和peek() 都是取头元素节点，区别在于前者会删除元素，后者不会。

import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedDeque;

public class Test0009 {

     public static void main(String[] args) {
            ConcurrentLinkedDeque q = new ConcurrentLinkedDeque();
            q.offer("余胜军");
            q.offer("码云");
            q.offer("蚂蚁课堂");
            q.offer("张杰");
            q.offer("艾姐");
            //从头获取元素,删除该元素
            System.out.println(q.poll());
            //从头获取元素,不刪除该元素
            System.out.println(q.peek());
            //获取总长度
            System.out.println(q.size());

    }
    
}

输出

余胜军
码云
4

BlockingQueue模拟生产者与消费者

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

class ProducerThread implements Runnable {
    private BlockingQueue<String> blockingQueue;
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger();
    private volatile boolean FLAG = true;

    public ProducerThread(BlockingQueue<String> blockingQueue) {
        this.blockingQueue = blockingQueue;
    }

    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产者开始启动....");
        while (FLAG) {
            String data = count.incrementAndGet() + "";
            try {
                boolean offer = blockingQueue.offer(data, 2, TimeUnit.SECONDS);
                if (offer) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生产队列" + data + "成功..");
                } else {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生产队列" + data + "失败..");
                }
                Thread.sleep(1000);
            } catch (Exception e) {

            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生产者线程停止...");
    }

    public void stop() {
        this.FLAG = false;
    }

}

class ConsumerThread implements Runnable {
    private volatile boolean FLAG = true;
    private BlockingQueue<String> blockingQueue;

    public ConsumerThread(BlockingQueue<String> blockingQueue) {
        this.blockingQueue = blockingQueue;
    }

    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费者开始启动....");
        while (FLAG) {
            try {
                String data = blockingQueue.poll(2, TimeUnit.SECONDS);
                if (data == null || data == "") {
                    FLAG = false;
                    System.out.println("消费者超过2秒时间未获取到消息.");
                    return;
                }
                System.out.println("消费者获取到队列信息成功,data:" + data);

            } catch (Exception e) {
                // TODO: handle exception
            }
        }
    }

}

public class Test0008 {

    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<String> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>(3);
        ProducerThread producerThread = new ProducerThread(blockingQueue);
        ConsumerThread consumerThread = new ConsumerThread(blockingQueue);
        Thread t1 = new Thread(producerThread);
        Thread t2 = new Thread(consumerThread);
        t1.start();
        t2.start();
        //10秒后 停止线程..
        try {
            Thread.sleep(10*1000);
            producerThread.stop();
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        }
    }

}

输出

Thread-0生产者开始启动....
Thread-1消费者开始启动....
消费者获取到队列信息成功,data:1
Thread-0,生产队列1成功..
Thread-0,生产队列2成功..
消费者获取到队列信息成功,data:2
Thread-0,生产队列3成功..
消费者获取到队列信息成功,data:3
Thread-0,生产队列4成功..
消费者获取到队列信息成功,data:4
Thread-0,生产队列5成功..
消费者获取到队列信息成功,data:5
Thread-0,生产队列6成功..
消费者获取到队列信息成功,data:6
Thread-0,生产队列7成功..
消费者获取到队列信息成功,data:7
Thread-0,生产队列8成功..
消费者获取到队列信息成功,data:8
Thread-0,生产队列9成功..
消费者获取到队列信息成功,data:9
Thread-0,生产队列10成功..
消费者获取到队列信息成功,data:10
Thread-0,生产者线程停止...
消费者超过2秒时间未获取到消息.

线程池

什么是线程池

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序
都可以使用线程池。在开发过程中，合理地使用线程池能够带来3个好处。
第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，
还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。但是，要做到合理利用
线程池，必须对其实现原理了如指掌。

线程池作用

线程池是为突然大量爆发的线程设计的，通过有限的几个固定线程为大量的操作服务，减少了创建和销毁线程所需的时间，从而提高效率。

如果一个线程的时间非常长，就没必要用线程池了(不是不能作长时间操作，而是不宜。)，况且我们还不能控制线程池中线程的开始、挂起、和中止。

线程池的分类

ThreadPoolExecutor

Java是天生就支持并发的语言，支持并发意味着多线程，线程的频繁创建在高并发及大数据量是非常消耗资源的，因为java提供了线程池。在jdk1.5以前的版本中，线程池的使用是及其简陋的，但是在JDK1.5后，有了很大的改善。JDK1.5之后加入了java.util.concurrent包，java.util.concurrent包的加入给予开发人员开发并发程序以及解决并发问题很大的帮助。这篇文章主要介绍下并发包下的Executor接口，Executor接口虽然作为一个非常旧的接口（JDK1.5 2004年发布），但是很多程序员对于其中的一些原理还是不熟悉，因此写这篇文章来介绍下Executor接口，同时巩固下自己的知识。如果文章中有出现错误，欢迎大家指出。

Executor框架的最顶层实现是ThreadPoolExecutor类，Executors工厂类中提供的newScheduledThreadPool、newFixedThreadPool、newCachedThreadPool方法其实也只是ThreadPoolExecutor的构造函数参数不同而已。通过传入不同的参数，就可以构造出适用于不同应用场景下的线程池，那么它的底层原理是怎样实现的呢，这篇就来介绍下ThreadPoolExecutor线程池的运行过程。

corePoolSize： 核心池的大小。 当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中
maximumPoolSize： 线程池最大线程数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程；
keepAliveTime： 表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。
unit： 参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值，在TimeUnit类中有7种静态属性：

线程池四种创建方式

Java通过Executors（jdk1.5并发包）提供四种线程池，分别为：

newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。

newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。

newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

newCachedThreadPool

创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。示例代码如下：

    // 无限大小线程池 jvm自动回收
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        Thread.sleep(100);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int temp = i;
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i:" + temp);

                }
            });
        }

总结: 线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

newFixedThreadPool

创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。示例代码如下：

ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int temp = i;
            newFixedThreadPool.execute(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ",i:" + temp);
                        try {
                           Thread.sleep(2000);
                        } catch (Exception e) {
                            // TODO: handle exception
                        }
                }
            });
        }

总结:因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字。

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

newScheduledThreadPool

创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下：

public static void main(String[] args) {
        // 可以定时线程池
        ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int temp = i;
            newScheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",i:" + temp);
                }
            }, 3, TimeUnit.SECONDS);
        }
    }

表示延迟3秒执行。

newSingleThreadExecutor

创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下：

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int temp = i;
            newSingleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i:" + temp);
                }
            });
        }
    }