Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程第10章-并發(fā)編程

1、新一代信息技術(shù)“十三五”系列規(guī)劃教材 Java 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程（慕課版）劉剛 劉偉 編著第10章 并發(fā)編程 支持多線程是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一大特點(diǎn)，多線程的操作系統(tǒng)因?yàn)榭梢哉嬲饬x上地實(shí)現(xiàn)多任務(wù)同時運(yùn)行，極大地提升了操作系統(tǒng)的處理速度?？缙脚_的特性導(dǎo)致Java無法像C/C+這些語言一樣通過調(diào)用系統(tǒng)API來實(shí)現(xiàn)多線程程序，所以它在語言本身加了對多線程的支持。這些功能都以面向?qū)ο蟮姆绞絹韺?shí)現(xiàn)，更加易于理解和使用。10.1 線程與進(jìn)程 在操作系統(tǒng)中，通常將進(jìn)程看作是系統(tǒng)資源分配和運(yùn)行的基本單位，一個任務(wù)就是一個進(jìn)程。進(jìn)程擁有獨(dú)立的系統(tǒng)資源，包含CPU、內(nèi)存和輸入輸出端口等，例如打開的瀏覽器和Word文

2、檔，這些相對獨(dú)立的資源表明了進(jìn)程具有動態(tài)性、并發(fā)性、獨(dú)立性和異步性等特點(diǎn)。 線程（thread）是“進(jìn)程”中某個單一順序的控制流，被稱為輕量級進(jìn)程（lightweight processes），是比進(jìn)程更小的執(zhí)行單位，也是程序執(zhí)行流中最小的單位。一個標(biāo)準(zhǔn)的線程由線程ID、當(dāng)前指令指針（PC）、寄存器集合和堆棧組成。線程是進(jìn)程中的一個實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分配的基本單位，線程在運(yùn)行中的資源歸屬于進(jìn)程，同屬于一個進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程所擁有的系統(tǒng)資源。 一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程，同一個進(jìn)程中的多個線程也可以并發(fā)執(zhí)行。由于進(jìn)程所有資源是固定的且線程間存在相互制約，使得線程可能處于就緒、阻

3、塞和運(yùn)行等狀態(tài)，令線程的執(zhí)行呈現(xiàn)出間斷性。線程之間可以共享代碼和數(shù)據(jù)、實(shí)時通信、進(jìn)行必要的同步操作等。一個程序都至少擁有一個進(jìn)程；每個進(jìn)程擁有一個或者多個線程。每個線程都有自己獨(dú)立的資源和生命周期。 進(jìn)程和線程的最大區(qū)別在于，進(jìn)程是由操作系統(tǒng)來控制的，而線程則是由進(jìn)程來控制的。進(jìn)程都是相互獨(dú)立的，各自享有各自的內(nèi)存空間，因此進(jìn)程間的通信是昂貴且受限的，進(jìn)程間的轉(zhuǎn)換也是需要開銷的；線程則共享進(jìn)程的內(nèi)存空間，線程通信是便宜的且線程間的轉(zhuǎn)換也是低成本的，這種低成本低開銷的通信也可能會產(chǎn)生意想不到的錯誤：當(dāng)多個線程訪問同一個變量時，獲取到的值是不一樣的！不過，也不必?fù)?dān)心，這些問題可以通過同步機(jī)制和鎖機(jī)

4、制來消除。10.2 線程的創(chuàng)建 多線程技術(shù)是Java語言的重要特性之一，Java平臺提供了一套廣泛且功能強(qiáng)大的API、工具和技術(shù)。Java編寫的程序都運(yùn)行在Java虛擬機(jī)（JVM）中。在JVM內(nèi)部，程序的多任務(wù)是通過線程來實(shí)現(xiàn)的。在同一個JVM進(jìn)程中，有且只有一個進(jìn)程，那就是JVM本身，在JVM環(huán)境中，所有的程序代碼都是以線程來運(yùn)行的。 Java中的線程有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是繼承Thread類，一種是實(shí)現(xiàn)Runnable接口。但是無論是哪種方式，線程都要使用到Thread類及其相關(guān)方法。10.2.1 繼承Thread類 Thread類是一個實(shí)體類，該類封裝了線程的行為，想要利用Thread創(chuàng)建

5、一個線程，必須創(chuàng)建一個從Thread類導(dǎo)出的子類，并實(shí)現(xiàn)Thread的run()方法，在run()方法內(nèi)部可以根據(jù)需要編寫相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)邏輯，最后調(diào)用Thread類的start()方法來啟動。 Thread的構(gòu)造方法有很多種，每種構(gòu)造方法用途各異，如表10-1所示。構(gòu)造方法說明Thread()構(gòu)造一個線程對象Thread(Runnable target)構(gòu)造一個線程對象，target是被創(chuàng)建線程的目標(biāo)對象，它實(shí)現(xiàn)了Runnable接口中的run()方法Thread(String name)以指定名稱構(gòu)造一個線程對象Thread(ThreadGroup group, Runnable target)

6、在指定線程組中構(gòu)造一個線程對象，使用目標(biāo)對象的target的run()方法Thread(Runnable target, String name)以指定名稱構(gòu)造一個線程對象，使用目標(biāo)對象target的run()方法Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)在指定的線程組中創(chuàng)建一個指定名稱的線程，使用目標(biāo)對象target的run()方法Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize)在指定線程組中構(gòu)造一個線程對象，以name作為線程的名

7、字，使用目標(biāo)對象target的run()方法，stackSize指定堆棧大小表10-1 Thread類的構(gòu)造方法 Thread也提供了很多輔助方法，以讓線程正常運(yùn)行和方便程序員對線程的控制，其常用方法如表10-2所示。方法名說明static int activeCount()返回線程組中正在運(yùn)行的線程的數(shù)目void checkAccess()確定當(dāng)前運(yùn)行的線程是否有權(quán)限修改線程static Thread currentThread()返回當(dāng)前正在執(zhí)行的線程void destroy()銷毀線程，但不回收資源static void dumpStack()顯示當(dāng)前線程的堆棧信息long getId(

8、)返回當(dāng)前線程的id值String getName()返回當(dāng)前線程的名稱int getPriority()返回當(dāng)前線程的優(yōu)先級Thread.State getState()返回當(dāng)前線程的狀態(tài)ThreadGroup getThreadGroup()返回當(dāng)前線程所屬的線程組void interrupt()中斷線程boolean isAlive()判斷當(dāng)前線程是否存活boolean isDaemon()判斷當(dāng)前線程是否是守護(hù)線程boolean isInterrupted()判斷本線程是否被中斷void join()等待直到線程死亡void join(long millis)等待最多millis毫秒，

9、直到線程死亡void run()如果類是使用單獨(dú)的Runnable對象構(gòu)造的，將調(diào)用Runnable對象的run()方法，否則本方法不做任何事情就返回了，如果是子類繼承Thread類，請務(wù)必實(shí)現(xiàn)本方法以覆蓋父類void setDaemon(boolean on)將當(dāng)前線程設(shè)置為守護(hù)線程void setName(String name)將當(dāng)前線程名稱修改為namevoid setPriority(int newPriority)設(shè)置當(dāng)前線程的優(yōu)先級static void sleep(long millis)線程休眠millis毫秒void start()啟動線程，JVM會自動調(diào)用run()方法s

10、tatic void yield()暫停當(dāng)前線程，同時允許其他線程運(yùn)行表10-2 常用的Thread方法 在以前的案例中，當(dāng)需要執(zhí)行當(dāng)前類時，每個類都有一個main()方法。該方法是類的入口，JVM會找到該入口方法并運(yùn)行，此時產(chǎn)生了一個線程，該線程便是主線程。當(dāng)main()方法運(yùn)行結(jié)束后，主線程運(yùn)行完成，JVM也就隨即退出了。JVM負(fù)責(zé)對進(jìn)程、線程進(jìn)行管理，JVM分配時間片（CPU時間）給線程，線程按照系統(tǒng)的設(shè)定輪流獲取時間片執(zhí)行，切換時間很短，在對線程運(yùn)行效率要求不嚴(yán)格的場景下可以忽略不計(jì)。案例10-1 Thread實(shí)現(xiàn)多線程 運(yùn)行結(jié)果如圖10-1所示。圖10-1 運(yùn)行結(jié)果 由于每個線程運(yùn)行

11、的次數(shù)較少，所以線程默認(rèn)優(yōu)先級下的運(yùn)行隨機(jī)性不是很明顯，但通過方框標(biāo)注的線程Thread-3的運(yùn)行可以看出，實(shí)際上線程運(yùn)行并不是順序的。案例10-2 Thread的部分方法使用 運(yùn)行結(jié)果如圖10-2所示。圖10-2 運(yùn)行結(jié)果案例10-3 start方法和run方法 運(yùn)行結(jié)果如圖10-3所示。圖10-3 運(yùn)行結(jié)果 啟動Thread類時，必須要使用start()方法啟動一個線程，如果直接調(diào)用run()方法，則JVM認(rèn)為這只是一次普通的方法調(diào)用，而非需要啟動一個線程在執(zhí)行run()方法內(nèi)部的邏輯。讀者在使用線程的時候切記。在start()方法調(diào)用后也可以看出，運(yùn)行的是兩個線程的代碼，而且它們之間互不

12、干擾地同時執(zhí)行。所以一些工作交給線程去做的時候，啟動一個新線程的線程可以做自己想做的其他事情，而無需等到新線程的執(zhí)行結(jié)束。10.2.2 實(shí)現(xiàn)Runnable接口 實(shí)現(xiàn)多線程的另一個方式是實(shí)現(xiàn)Runnable接口。 Runnable只有一個方法，即run()方法，該方法需要由一個實(shí)現(xiàn)了此接口的類來實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了Runnable接口的類的對象需要由Thread類的一個實(shí)例內(nèi)部運(yùn)行它，其本身不能直接運(yùn)行。案例10-4 Runnable實(shí)現(xiàn)多線程 運(yùn)行結(jié)果如圖10-4所示。 圖10-4 運(yùn)行結(jié)果 圖10-4只摘取部分的輸出內(nèi)容，從內(nèi)容上看，實(shí)現(xiàn)Runnable和繼承Thread都能達(dá)到相同目的，都能啟動

13、一個新線程。唯一的區(qū)別是Runnable對象必須包裝成Thread對象后才能運(yùn)行。如果查看Thread和Runnable類源碼會發(fā)現(xiàn)，Thread類實(shí)際上是Runnable的一個實(shí)現(xiàn)類?？赡苡凶x者會對Runnable接口的存在產(chǎn)生疑問，畢竟這個接口只有一個run()方法。Runnable的存在是因?yàn)镴ava的類有且只能有一個直接父類，如果只是提供了Thread類，那么想要繼承其他類且需要同時繼承Thread類的這個子類，在實(shí)現(xiàn)這種繼承邏輯上會產(chǎn)生很多困難，而Runnable則避免了這種尷尬局面的出現(xiàn)，在Java中，一個類是可以實(shí)現(xiàn)多個接口的。10.3 線程的調(diào)度 在JVM中，線程只有在獲取了C

14、PU分配的時間片后才會真正地執(zhí)行，在線程創(chuàng)建后到死亡的這個過程中還有其他的線程狀態(tài)，這些狀態(tài)組成了線程的生命周期。 10.3.1 線程的生命周期 如同生命體一般，線程也有生命周期，線程的生命周期是從線程新建開始，一直持續(xù)到線程死亡。在新建和死亡之間，線程還有就緒、阻塞和運(yùn)行狀態(tài)，一個線程會在這5種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，最終完成自己的使命。 線程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖10-5所示。圖10-5 Java線程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 線程各個狀態(tài)的說明如下。 新建：當(dāng)創(chuàng)建一個Thread類和它的子類、對象后，線程就處于新建狀態(tài)，這種狀態(tài)的線程并不具備運(yùn)行的能力，該操作對于系統(tǒng)而言，僅僅消耗普通對象創(chuàng)建時會消耗的非CPU資源。

15、 就緒：當(dāng)處于新建狀態(tài)的線程調(diào)用start()方法被啟動之后，線程將進(jìn)入線程隊(duì)列等待CPU時間片，進(jìn)行執(zhí)行。此時的線程才具備了運(yùn)行的能力，一旦獲取了時間片線程就執(zhí)行。 運(yùn)行：就緒狀態(tài)的線程獲取了時間片之后，就進(jìn)入了運(yùn)行狀態(tài)，此時線程會執(zhí)行run()方法內(nèi)的代碼邏輯。線程一旦進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，就與啟動該線程的線程沒有任何關(guān)系了，兩者平行運(yùn)行，互不影響。 阻塞：線程在運(yùn)行的過程中因資源無法滿足、前驅(qū)任務(wù)沒有完成或者被調(diào)用阻塞方法都會導(dǎo)致線程進(jìn)入阻塞狀態(tài)。阻塞狀態(tài)的線程會讓出CPU，然后等待，直到引起阻塞的條件不存在了，線程會重新進(jìn)入就緒狀態(tài)，等待CPU時間片。 死亡：不具備繼續(xù)運(yùn)行能力的線程就處于死亡

16、狀態(tài)。線程在運(yùn)行完畢后會自然進(jìn)入死亡狀態(tài)正常死亡，在運(yùn)行過程中也會因?yàn)楫惓Ｍ顺龆鴮?dǎo)致非正常死亡。 需要說明的是，在大部分系統(tǒng)中都支持線程優(yōu)先級的設(shè)定。在相同的情況下，優(yōu)先級高的線程會優(yōu)先獲得CPU時間片進(jìn)行執(zhí)行。10.3.2 線程的優(yōu)先級 同VIP和超級VIP一樣，線程也是有優(yōu)先級的，線程的優(yōu)先級可以通過方法getPriority()獲取，為了使重要的事情優(yōu)先完成，Java也提供了setPriority()方法給線程設(shè)定優(yōu)先級。但是需要指出的是，JVM是運(yùn)行在所屬系統(tǒng)上的一個線程，線程的創(chuàng)建和執(zhí)行還是需要基于對應(yīng)的系統(tǒng)的，所以，在一些不支持線程優(yōu)先級策略的系統(tǒng)中，Java設(shè)定的優(yōu)先級并不起作用

17、，這一點(diǎn)是讀者一定要引起注意的。案例10-5 線程優(yōu)先級 運(yùn)行結(jié)果如圖10-6所示。 圖10-6 運(yùn)行結(jié)果 運(yùn)行結(jié)果如圖10-6所示。 從案例10-5的輸出結(jié)果可以看出，在Java中線程是有默認(rèn)優(yōu)先級的，默認(rèn)情況下線程的優(yōu)先級為5，是普通優(yōu)先級。Java中定義了線程的優(yōu)先級為110，數(shù)字越大，優(yōu)先級越高。 對于優(yōu)先級，讀者需要注意以下幾點(diǎn)。（1）并不是線程優(yōu)先級高的線程一定會比線程優(yōu)先級低的線程先執(zhí)行，它只是會比線程優(yōu)先級低的線程有更多的機(jī)會先執(zhí)行。（2）Java的線程優(yōu)先級取決于JVM運(yùn)行的系統(tǒng)，線程優(yōu)先級策略也依賴于系統(tǒng)，這導(dǎo)致了可能在一個系統(tǒng)中優(yōu)先級不同的線程在另一個系統(tǒng)中優(yōu)先級相同，甚

18、至對于某些不支持線程優(yōu)先級調(diào)度策略的系統(tǒng)，Java定義的優(yōu)先級完全無效。10.3.3 線程插隊(duì) 線程的魅力是充分地利用CPU，使得程序在單位時間內(nèi)充分地利用CPU而提升程序的處理效率。但由于線程運(yùn)行順序的不確定性加上當(dāng)代操作系統(tǒng)核心數(shù)的提升，導(dǎo)致在某些情況下線程無法明確前驅(qū)任務(wù)是否完成。為了保證前驅(qū)任務(wù)完成后才執(zhí)行當(dāng)前線程，可以調(diào)用join()方法。join()會阻塞當(dāng)前線程直到插隊(duì)線程執(zhí)行完畢之后才會繼續(xù)執(zhí)行。案例10-6 線程插隊(duì) 運(yùn)行結(jié)果如圖10-7所示。圖10-7 運(yùn)行結(jié)果10.3.4 線程休眠 Thread類中有sleep()方法。該方法可以讓當(dāng)前線程休眠并讓出CPU，使得其他線程可

19、以獲取CPU進(jìn)行執(zhí)行。對于周期性很強(qiáng)的系統(tǒng)，調(diào)用線程休眠是最好的形式，線程休眠時只會等待休眠結(jié)束且不占用CPU資源，等到線程休眠結(jié)束后會進(jìn)入就緒狀態(tài)等待時間片繼續(xù)執(zhí)行。案例10-7 線程休眠 運(yùn)行結(jié)果如圖10-8所示。圖10-8 運(yùn)行結(jié)果10.3.5 同步與互斥 寄宿學(xué)校都會有排隊(duì)打水的場景，許多人同時等待一個開水閥準(zhǔn)備接開水。當(dāng)前面一個人接水完畢后，后面一個人才能開始接水，如果接水的動作不是同步的，那么就會出現(xiàn)問題。案例10-8 非同步接水 運(yùn)行結(jié)果如圖10-9所示。圖10-9 運(yùn)行結(jié)果 通過案例10-8不難發(fā)現(xiàn)，沒有添加同步的接水場景有些莫名奇妙，明明王1先開始打水，結(jié)果卻是王0第一個打完

20、水，而且，王1還沒有接完水，后面的人就開始了接水，場面混亂不堪。 synchronized是Java中的關(guān)鍵字，是一種同步鎖。在多線程場景中，它用于控制線程對同一個代碼片段是否可以并發(fā)執(zhí)行。它修飾的對象有以下幾種。 修飾代碼塊：被修飾的代碼塊被稱為同步語句塊，其作用的范圍是大括號括起來的代碼，作用的對象是調(diào)用這個代碼塊的對象。 修飾方法：被修飾的方法稱為同步方法，其作用的范圍是整個方法，作用的對象是調(diào)用這個方法的對象。 修飾靜態(tài)方法：其作用的范圍是整個靜態(tài)方法，作用的對象是這個類的所有對象。 修飾類：其作用的范圍是synchronized后面括號括起來的部分，作用的對象是這個類的所有對象。 對

21、于成員變量的修飾，相當(dāng)于修飾代碼塊，作用于類的一個實(shí)例，對另一個實(shí)例不起作用；對于靜態(tài)變量的修飾類似于靜態(tài)方法，作用于類的所有實(shí)例。案例10-9 同步接水 運(yùn)行結(jié)果如圖10-10所示。圖10-10 運(yùn)行結(jié)果 該案例使用的是synchronized修飾靜態(tài)成員變量的方式。使用該方式會對這個類的所有對象進(jìn)行同步控制，也就是說，每一次只會有一個該類的對象執(zhí)行synchronized修飾的代碼內(nèi)容，其他線程對該類的這個對象和該類的其他對象都必須等待當(dāng)前線程執(zhí)行完畢方可執(zhí)行。 有時候?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)這種同步，也會使用信號量進(jìn)行控制，具體案例如下：案例10-10 線程互斥的計(jì)數(shù)器 運(yùn)行結(jié)果如圖10-11所示。圖1

22、0-11 運(yùn)行結(jié)果 其中flag相當(dāng)于一個信號量，當(dāng)有線程訪問公共資源的時候會首先檢測信號量，如果可用，則修改信號量防止其他線程進(jìn)入，否則就進(jìn)入等待，當(dāng)訪問完成之后修改信號量，并將所有處于該信號量等待狀態(tài)的線程喚醒，給其他線程獲取該信號量的機(jī)會。案例10-11 生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型 運(yùn)行結(jié)果如圖10-12所示。 圖10-12 運(yùn)行結(jié)果 生產(chǎn)-消費(fèi)者模型是線程同步中最著名的同步問題，在該模型中，生產(chǎn)者負(fù)責(zé)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)需要在可緩存的數(shù)量之內(nèi)，如果超出庫存則需要等待數(shù)據(jù)被消費(fèi)后再插入；消費(fèi)者消費(fèi)庫存數(shù)據(jù)則恰恰相反，如果庫存空了則需要等待，等到有庫存以后再進(jìn)行消費(fèi)。從案例10-11中可以發(fā)現(xiàn)，雖然消

23、費(fèi)者和生產(chǎn)者在消費(fèi)和生產(chǎn)的層面上是異步進(jìn)行的，但是他們之間必須保持同步，生產(chǎn)者不能在庫存滿了之后還繼續(xù)增加庫存，消費(fèi)者也不能在一個空的庫存中獲取產(chǎn)品。10.3.6 死鎖問題 在日常生活中偶爾會碰到這種情況，買肉的說：“我只有拿到了肉我才會給賣肉的錢！”而賣肉的則說：“我只有拿到了錢才會給買肉的肉！”這種爭執(zhí)如果得不到勸和必然導(dǎo)致買肉的買不到肉，賣肉的賣不出去肉，這種“死腦筋”的場景在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中被稱為死鎖。 死鎖是指多個進(jìn)程因競爭資源而造成的一種相互等待的僵局，如果沒有外力的作用，必然導(dǎo)致無限的等待。例如，A進(jìn)程占用了輸入設(shè)備，在釋放前請求了打印機(jī)設(shè)備，但是打印機(jī)被B進(jìn)程占用，B在釋放前需要請

24、求輸入設(shè)備，這樣，A進(jìn)程和B進(jìn)程就會無休止地等待，進(jìn)入死鎖狀態(tài)。 死鎖是由系統(tǒng)資源的競爭導(dǎo)致系統(tǒng)資源不足以及資源分配不當(dāng)或進(jìn)程運(yùn)行過程中請求和釋放資源的順序不當(dāng)導(dǎo)致的。死鎖的產(chǎn)生有4個必要條件。 互斥條件：一個資源每次只能被一個進(jìn)程使用，即一段時間內(nèi)這個資源只能被一個進(jìn)程占用，其他進(jìn)程請求資源，請求線程只能等待。 請求與保持條件：進(jìn)程已經(jīng)保持了至少一個資源，但又提出了新的資源請求，而該資源已被其他進(jìn)程占用，此時請求進(jìn)程被阻塞，但對自己已獲得的資源保持不放。 不可剝奪條件：進(jìn)程所獲得的資源在未使用完畢之前，不能被其他進(jìn)程強(qiáng)行奪走，即只能由獲得該資源的進(jìn)程自己來釋放（只能是主動釋放）。 循環(huán)等待條

25、件：若干進(jìn)程間形成首尾相接循環(huán)等待資源的關(guān)系。 死鎖只能在上述4個條件都滿足的條件下才能產(chǎn)生。案例10-12 線程死鎖 運(yùn)行結(jié)果如圖10-13所示。圖10-13 運(yùn)行結(jié)果 這是比較簡單的競爭導(dǎo)致的死鎖，案例10-12中，線程t1獲得了一個對象鎖objALock，釋放前請求objBLock鎖，而t2線程則是獲取了objBLock鎖，釋放前請求objALock鎖，由于雙方都要求在獲取對方的鎖后釋放鎖，導(dǎo)致了類似于先給錢還是先給肉的矛盾而產(chǎn)生死鎖。 死鎖產(chǎn)生的條件有四個，所以想要避免死鎖，只需要破壞四個條件中的任意一個就能實(shí)現(xiàn)。例如：可以避免嵌套鎖，嵌套鎖是死鎖產(chǎn)生的高發(fā)場景；避免無限期等待，可以設(shè)

26、置等待超時時間；一次只對一個資源獲取鎖，當(dāng)需要獲取另一個鎖的時候，先釋放當(dāng)前鎖。10.4 多線程 理解了線程的創(chuàng)建、同步和死鎖問題之后，就是領(lǐng)會多線程真正魅力的時候了，相較于串行執(zhí)行的簡單和耗時，多線程則稍顯復(fù)雜且高效。軍事天才拿破侖可以同時聽取數(shù)位將軍的匯報并做出相應(yīng)的軍事部署，就是因?yàn)樗哂卸嗑€程可以同時處理多個任務(wù)的能力。10.4.1 線程池技術(shù) Java中的線程池技術(shù)是運(yùn)行場景最多的并發(fā)框架，幾乎所有需要異步或者并發(fā)執(zhí)行任務(wù)的程序都可以使用線程池技術(shù)。合理使用線程池技術(shù)可以降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗，提高相應(yīng)速度和提高線程的可管理性。 線程池的處理流程如下。（1）線程池判斷核心線程池

27、是否都在執(zhí)行任務(wù)，如果不是，創(chuàng)建一個新的線程來執(zhí)行任務(wù)，如果核心線程池里的線程都在執(zhí)行任務(wù)，則進(jìn)入下一個流程。（2）線程池判斷工作隊(duì)列是否已經(jīng)滿了。如果沒有滿，將新提交的任務(wù)存儲到這個工作隊(duì)列中，如果滿了，則進(jìn)入下一個流程。（3）線程池判斷線程池的線程是否都處于工作狀態(tài)，如果沒有，創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務(wù)，如果滿了，則交給飽和策略來處理這個任務(wù)。 Java通過Executors提供如下4種線程池。（1）newCachedThreadPool：創(chuàng)建一個可緩存線程池，如果線程池長度超過處理需要，可靈活回收空閑線程，如無可回收，則創(chuàng)建線程。（2）newFixedThreadPool：創(chuàng)建一個定

28、長線程池，可控制線程最大并發(fā)數(shù)，超出的線程會在隊(duì)列中等待。（3）newScheduledThreadPool：創(chuàng)建一個定長線程池，支持定時及周期性任務(wù)執(zhí)行。（4）newSingleThreadExecutor：創(chuàng)建一個單線程化的線程池，它只會用唯一的工作線程來執(zhí)行任務(wù)，保證所有的任務(wù)按照指定順序（FIFO、LIFO、優(yōu)先級）執(zhí)行。 緩存線程池使用得比較普遍，而計(jì)劃任務(wù)線程池的功能相對比較特殊，下面就對這兩個線程池做一個簡單的實(shí)例說明。案例10-13 緩存線程池 運(yùn)行結(jié)果如圖10-14所示。圖10-14 運(yùn)行結(jié)果 從案例運(yùn)行可以看出，緩存線程池的線程在執(zhí)行完成一個任務(wù)之后，會繼續(xù)執(zhí)行下一個任務(wù)，

29、其中pool-1-thread-1和pool-1-thread-2又執(zhí)行了不止一次。緩存線程池的工作原理大致是如果有空閑線程，使用空閑線程執(zhí)行新任務(wù)，否則判斷線程池線程是否已經(jīng)是最大線程數(shù)，如果不是，則創(chuàng)建一個新線程執(zhí)行任務(wù)，否則，進(jìn)入等待隊(duì)列。案例10-14 計(jì)劃任務(wù)線程池 運(yùn)行結(jié)果如圖10-15所示。 圖10-15 運(yùn)行結(jié)果 案例使用的是固定周期執(zhí)行的計(jì)劃任務(wù)線程池。其中第1個參數(shù)是執(zhí)行任務(wù)（一般是一個線程），第2個參數(shù)是執(zhí)行后多久進(jìn)行第一次任務(wù)執(zhí)行，第2個任務(wù)是其后每次執(zhí)行間隔是多久，最后一個參數(shù)是設(shè)置時間單元，本案例中使用的是秒，讀者可以參考自己的需求，修改成分鐘或小時。10.4.2

30、Callable和Future1Callable 并發(fā)編程一般使用Runnable，然后將其交給線程池處理，這種情況是不需要知道線程執(zhí)行結(jié)果的。但是萬一將軍說我匯報完了還想知道對應(yīng)軍事部署怎么辦？這時候Java就會告訴你，你可以試試Callable接口。 Callable用法和Runnable類似，只不過調(diào)用的是call()方法，而不是run()方法，該方法有一個泛型返回值類型，可根據(jù)需要指定。案例10-15 Callable的用法 運(yùn)行結(jié)果如圖10-16所示。 圖10-16 運(yùn)行結(jié)果 Callable支持返回值，并可以被ExecutorService運(yùn)行，ExecutorService繼承自Executors，而Executors對于一個線程，如果是無需返回的，直接使用execute()方法執(zhí)行，對于Callable，則使用submit()方法執(zhí)行。Executors的submit()方法會返回一個Future類型的對象。2Future Future對象用于存放Callable對象執(zhí)行后的返回值，對于這個返回值，可以使用get()方法獲取，get()方法是阻塞的，直到Callable的執(zhí)行結(jié)果已經(jīng)出來，如果不想阻塞，可以調(diào)用isDone()查詢結(jié)果是否已經(jīng)得出。案例10-16 Future的用法