Java多線程的開(kāi)發(fā)技巧

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導(dǎo)語(yǔ)：好多開(kāi)發(fā)者談到Java多線程開(kāi)發(fā)，僅僅停留在newThread….start或直接使用Executor框架這個(gè)層面，對(duì)于線程的管理和操縱卻不夠深入，下面是Java多線程的開(kāi)發(fā)技巧，一起來(lái)學(xué)習(xí)下吧：

不使用線程池的缺點(diǎn)

有些開(kāi)發(fā)者圖省事，遇到需要多線程處理的地方，直接newThread….start，對(duì)于一般場(chǎng)景是沒(méi)問(wèn)題的，但假設(shè)是在并發(fā)苦求很高的處境下，就會(huì)有些隱患：

1.新建線程的開(kāi)銷(xiāo)。線程雖然比進(jìn)程要輕量大量，但對(duì)于JVM來(lái)說(shuō)，新建一個(gè)線程的代價(jià)還是挺大的，決不同于新建一個(gè)對(duì)象。

2.資源消耗量。沒(méi)有一個(gè)池來(lái)限制線程的數(shù)量，會(huì)導(dǎo)致線程的數(shù)量直接取決于應(yīng)用的并發(fā)量，這樣有潛在的線程數(shù)據(jù)巨大的可能，那么資源消耗量將是巨大的。

3.穩(wěn)定性。當(dāng)線程數(shù)量超過(guò)系統(tǒng)資源所能承受的程度，穩(wěn)定性就會(huì)成問(wèn)題。

制定執(zhí)行策略

在每個(gè)需要多線程處理的地方，不管并發(fā)量有多大，需要考慮線程的執(zhí)行策略：

1.任務(wù)以什么依次執(zhí)行

2.可以有多少個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行

3.可以有多少個(gè)任務(wù)進(jìn)入等待執(zhí)行隊(duì)列

4.系統(tǒng)過(guò)載的時(shí)候，理應(yīng)放棄哪些任務(wù)?如何通知到應(yīng)用程序?

5.一個(gè)任務(wù)的執(zhí)行前后理應(yīng)做什么處理

線程池的類(lèi)型

不管是通過(guò)Executors創(chuàng)造線程池，還是通過(guò)Spring來(lái)管理，都得領(lǐng)會(huì)知道有哪幾種線程池：

FixedThreadPool：定長(zhǎng)線程池，提交任務(wù)時(shí)創(chuàng)造線程，直到池的最大容量，假設(shè)有線程非預(yù)期終止，會(huì)補(bǔ)充新線程

CachedThreadPool：可變線程池，它猶如一個(gè)彈簧，假設(shè)沒(méi)有任務(wù)需求時(shí)，它回收空閑線程，假設(shè)需求增加，那么按需增加線程，不對(duì)池的大小做限制

SingleThreadExecutor：?jiǎn)尉€程。處理不過(guò)來(lái)的任務(wù)會(huì)進(jìn)入FIFO隊(duì)列等待執(zhí)行

SecheduledThreadPool：周期性線程池。支持執(zhí)行周期性線程任務(wù)

其實(shí)，這些不同類(lèi)型的線程池都是通過(guò)構(gòu)建一個(gè)ThreadPoolExecutor來(lái)完成的，所不同的是corePoolSize,maximumPoolSize,keepAliveTime,unit,workQueue,threadFactory這么幾個(gè)參數(shù)。概括可以參見(jiàn)JDKDOC。

線程池飽和策略

由以上線程池類(lèi)型可知，除了CachedThreadPool其他線程池都有飽和的可能，當(dāng)飽和以后就需要相應(yīng)的策略處理苦求線程的任務(wù)，ThreadPoolExecutor采取的方式通過(guò)隊(duì)列來(lái)存儲(chǔ)這些任務(wù)，當(dāng)然會(huì)根據(jù)池類(lèi)型不同選擇不同的隊(duì)列，譬如FixedThreadPool和SingleThreadExecutor默認(rèn)采用的是無(wú)限長(zhǎng)度的LinkedBlockingQueue。但從系統(tǒng)可控性講，最好的做法是使用定長(zhǎng)的ArrayBlockingQueue或有限的LinkedBlockingQueue，并且當(dāng)達(dá)成上限時(shí)通過(guò)ThreadPoolExecutor.setRejectedExecutionHandler方法設(shè)置一個(gè)拒絕任務(wù)的策略，JDK供給了AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy幾種策略，概括差異可見(jiàn)JDKDOC

線程無(wú)憑借性

多線程任務(wù)設(shè)計(jì)上盡量使得各任務(wù)是獨(dú)立無(wú)憑借的，所謂憑借性可兩個(gè)方面：

線程之間的憑借性。假設(shè)線程有憑借可能會(huì)造成死鎖或饑餓

調(diào)用者與線程的憑借性。調(diào)用者得監(jiān)視線程的完成處境，影響可并發(fā)量

當(dāng)然，在有些業(yè)務(wù)里切實(shí)需要確定的憑借性，譬如調(diào)用者需要得到線程完成后結(jié)果，傳統(tǒng)的'Thread是不便完成的，由于run方法無(wú)返回值，只能通過(guò)一些共享的變量來(lái)傳遞結(jié)果，但在Executor框架里可以通過(guò)Future和Callable實(shí)現(xiàn)需要有返回值的任務(wù)，當(dāng)然線程的異步性導(dǎo)致需要有相應(yīng)機(jī)制來(lái)保證調(diào)用者能等待任務(wù)完成，關(guān)于Future和Callable的用法見(jiàn)下面的實(shí)例就一目了然了：

01publicclassFutureRenderer

02privatefinalExecutorServiceexecutor=...;

03voidrenderPageCharSequencesource

04finalListimageInfos=scanForImageInfosource;

05Callablelisttask=

06newCallablelist

07publicListcall

08Listresult

09=newArrayList;

10forImageInfoimageInfo:imageInfos

11result.addimageInfo.downloadImage;

12returnresult;

13

14;

15Futurelistfuture=executor.submittask;

16renderTextsource;

17try

18ListimageData=future.get;

19forImageDatadata:imageData

20renderImagedata;

21catchInterruptedExceptione

22//Re-assertthethreadsinterruptedstatus

23Thread.currentTerrupt;

24//Wedontneedtheresult,socancelthetasktoo

25future.canceltrue;

26catchExecutionExceptione

27throwlaunderThrowablee.getCause;

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以上代碼關(guān)鍵在于ListimageData=future.get;假設(shè)Callable類(lèi)型的任務(wù)沒(méi)有執(zhí)行完時(shí)，調(diào)用者會(huì)阻塞等待。不過(guò)這樣的方式還是得精心使用，很輕易造成不良設(shè)計(jì)。另外對(duì)于這種需要等待的場(chǎng)景，就需要設(shè)置一個(gè)最大容忍時(shí)間timeout，設(shè)置方法可以在future.get加上timeout參數(shù)，或是再調(diào)用ExecutorService.invokeAll加上timeout參數(shù)

線程的取消與關(guān)閉

一般的處境下是讓線程運(yùn)行完成后自行關(guān)閉，但有些時(shí)候也會(huì)中途取消或關(guān)閉線程，譬如以下處境：

調(diào)用者強(qiáng)制取消。譬如一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)，用戶點(diǎn)擊”cancel”按鈕強(qiáng)行取消

限時(shí)任務(wù)

發(fā)生不成處理的任務(wù)

整個(gè)應(yīng)用程序或服務(wù)的關(guān)閉

因此需要有相應(yīng)的取消或關(guān)閉的方法和策略來(lái)操縱線程，一般有以下方法：

1通過(guò)變量標(biāo)識(shí)來(lái)操縱

這種方式對(duì)比老土，但使用得分外廣泛，主要缺點(diǎn)是對(duì)有阻塞的操作操縱不好，代碼例如如下所示：

01publicclassPrimeGeneratorimplementsRunnable

02@GuardedBythis

03privatefinalListprimes

04=newArrayList;

05privatevolatilebooleancancelled;

06publicvoidrun

07BigIntegerp=BigInteger.ONE;

08while!cancelled

09p=p.nextProbablePrime;

10synchronizedthis

11primes.addp;

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15publicvoidcancelcancelled=true;

16publicsynchronizedListget

17returnnewArrayListprimes;

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2中斷

中斷通常是實(shí)現(xiàn)取消最明智的選擇，但線程自身需要支持中斷處理，并且要處理好中斷策略，一般響應(yīng)中斷的方式有兩種：

處理完中斷清理后持續(xù)傳遞中斷奇怪InterruptedException

調(diào)用interrupt方法，使得上層能感知到中斷奇怪

3取消不成中斷阻塞

存在一些不成中斷的阻塞，譬如：

java.io和java.nio中同步讀寫(xiě)IO

Selector的異步IO

獲取鎖

對(duì)于這些線程的取消，那么需要特定處境特定對(duì)待，譬如對(duì)于socket阻塞，假設(shè)要安好取消，那么需要調(diào)用socket.close

4JVM的關(guān)閉

假設(shè)有任務(wù)需要在JVM關(guān)閉之前做一些清理工作，而不是被JVM強(qiáng)硬關(guān)閉掉，可以使用JVM的鉤子技術(shù)，其實(shí)JVM鉤子也只是個(gè)很普遍的技術(shù)，也就是用個(gè)map把一些需要JVM關(guān)閉前啟動(dòng)的任務(wù)保存下來(lái)，在JVM關(guān)閉過(guò)程中的某個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)并發(fā)