多线程(安全 同步 线程池)

线程安全问题

• 多线程给我们的程序带来了很大性能上的提升，但是也可能引发线程安全问题
• 线程安全问题指的是当多个线程同时操作同一个共享资源的时候，可能会出现的操作结果不符预期问题

取钱的线程安全问题

• 线程安全问题出现的原因？

  • 存在多线程并发
  • 同时访问共享资源
  • 存在修改共享资源

• 线程安全问题发生的原因是什么？

  • 多个线程同时访问同一个共享资源且存在修改该资源。

线程同步方案

认识线程同步

思想

• 线程同步就是让多个线程实现先后依次访问共享资源，这样就解决了安全问题，它最常见的方案就是加锁
• **加锁：**每次只允许一个线程加锁，加锁后才能进入访问，访问完毕后自动解锁，然后其他线程才能再加锁进来。

同步代码块(方式一)

作用: 把访问共享资源的核心代码给上锁，以此保证线程安全。

synchronized(同步锁) { 访问共享资源的核心代码 }

同步锁的注意事项

• 对于当前同时执行的线程来说，同步锁必须是同一把（同一个对象），否则会出bug
• 对于实例方法建议使用this作为锁对象
• 对于静态方法建议使用字节码（类名.class）对象作为锁对象

同步方法(方式二)

Lock锁(方式三)

Lock锁是JDK5开始提供的一个新的锁定操作，通过它可以创建出锁对象进行加锁和解锁，更灵活、更方便、更强大。

Lock是接口，不能直接实例化，可以采用它的实现类ReentrantLock来构建Lock锁对象。

方法

总结(三种方式对比)

线程池(重点)

认识线程池

当前创建线程的问题

• 用户每发起一个请求，后台就需要创建一个新线程来处理，任务处理完毕之后，线程就会被销毁
• 下次新任务来了肯定又要创建新线程处理的，用完又要被销毁
• 而创建和销毁线程的开销是很大的，当请求过多时，肯定会产生大量的线程出来，这样会严重影响系统的性能

什么是线程池？

• 线程池就是一个可以复用线程的技术
• 它就像一个大的池子一样，里面可以放置一些线程，当需要的时候，就从里面取出来用，用完了就还回去
• 如此一来，就不必频繁的创建和销毁线程了，大大的提高了线程的利用率，提供系统的性能

不使用线程池的问题

• 如果用户每发起一个请求，后台就创建一个新线程来处理，下次新任务来了又要创建新线程，而创建新线程的开销是很大的，这样会严重影响系统的性能。

工作原理

线程池的执行流程

• 判断核心线程数是否已满，如果没满，则创建一个新的核心线程来执行任务
• 如果核心线程满了，则判断工作队列是否已满，如果没满，则将任务存储在这个工作队列
• 如果工作队列满了，则判断最大线程数是否已满，如果没满，则创建临时线程执行任务
• 如果最大线程数已满，则执行拒绝策略

如何创建线程池

谁代表线程池

JDK 5.0起提供了代表线程池的接口：ExecutorService。

如何得到线程池对象?

使用ExecutorService的实现类ThreadPoolExecutor自创建一个线程池对象。

public ThreadPoolExecutor( int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize, 
                          long keepAliveTime, 
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue, 
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) 

参数一：corePoolSize : 指定线程池的核心线程的数量     正式工: 3  (不能小于0)                   
参数二：maximumPoolSize：指定线程池的最大线程数量	最大员工数: 5	临时工: 2  (最大数量>=核心线程数量)
参数三：keepAliveTime ：指定临时线程的存活时间	(不能小于0) 	
参数四：unit：指定临时线程存活的时间单位(秒、分、时、天）	临时工空闲多久被开除   (时间单位)
参数五：workQueue：指定线程池的任务队列		客人排队的地方		(null)
参数六：threadFactory：指定线程池的线程工厂	负责招聘员工的 	(null)
参数七：handler：指定线程池的任务拒绝策略（线程都在忙，任务队列也满了的时候，新任务来了该怎么处理）	忙不过来怎么办    	(null)

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线程池如何处理Runnable任务

• 使用ExecutorService的方法：
• void execute(Runnable target)

线程池如何处理Callable任务，并得到任务执行完后返回的结果。

• 使用ExecutorService的方法：
• Future submit(Callable command)

Executors工具类底层是基于什么方式实现的线程池对象？

• 线程池ExecutorService的实现类：ThreadPoolExecutor

Executors是否适合做大型互联网场景的线程池方案？

• 不合适。
• 建议使用ThreadPoolExecutor来指定线程池参数，这样可以明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

任务缓冲队列

任务拒绝策略

线程池处理Runnable任务

ExecutorService的常用方法

线程池如何处理Runnable任务

使用ExecutorService的方法：void execute(Runnable target)

线程池处理Callable任务

ExecutorService的常用方法

线程池如何处理Callable任务，并得到任务执行完后返回的结果？

使用ExecutorService的方法：Future submit(Callable command)

Executors工具类实现线程池

Executors

• **是一个线程池的工具类，提供了很多静态方法用于返回不同特点的线程池对象。 **

注意 ：这些方法的底层，都是通过线程池的实现类ThreadPoolExecutor创建的线程池对象。

Executors使用可能存在的陷阱

• 大型并发系统环境中使用Executors如果不注意可能会出现系统风险。

总结

1. Executors工具类底层是基于什么方式实现的线程池对象？
   • 线程池ExecutorService的实现类：ThreadPoolExecutor
2. Executors是否适合做大型互联网场景的线程池方案？
   • 不合适。
   • 建议使用ThreadPoolExecutor来指定线程池参数，这样可以明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

线程通信(了解)

**什么是线程通信? **

当多个线程共同操作共享的资源时，线程间通过某种方式互相告知自己的状态，以相互协调，并避免无效的资源争夺。

线程通信的常见模型（生产者与消费者模型）

• 生产者线程负责生产数据
• 消费者线程负责消费生产者生产的数据。
• 注意：生产者生产完数据应该等待自己，通知消费者消费；消费者消费完数据也应该等待自己，再通知生产者生产！

线程通信的三个常见方法

• 注意
  • 上述方法应该使用当前同步锁对象进行调用。

理论补充

进程与线程

• 进程：正在运行的程序（软件）就是一个独立的进程
• 线程：线程是属于进程的，一个进程中可以同时运行很多个线程
• 关系：进程=火车 线程=车厢

并发与并行

并发的含义

• 进程中的线程是由CPU负责调度执行的，但CPU能同时处理线程的数量有限，为了保证全部线程都能往前执行，
• CPU会轮询为系统的每个线程服务，由于CPU切换的速度很快，给我们的感觉这些线程在同时执行，这就是并发

并行的含义

在同一个时刻上，同时有多个线程在被CPU调度执行。

多线程到底是如何执行的?

并发与并行同时进行的

线程生命周期

也就是线程从生到死的过程中，经历的各种状态及状态转换，Java总共定义了6种状态

public class Thread{ ...  
    public enum State {
    NEW, 线程刚被创建，但是并未启动
	RUNNABLE, 线程已经调用了start()，等待CPU调度
	BLOCKED, 线程在执行的时候未竞争到锁对象，则该线程进入Blocked状态
	WAITING, 一个线程进入Waiting状态，另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒
	TIMED_WAITING, 同waiting状态，有几个方法（sleep,wait）有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态
	TERMINATED; 因为run方法正常退出而死亡，或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡
	}
     ...
}

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线程的6种状态互相转换

补充知识：定时器

补充知识：并发、并行

• 简单说说并发和并行的含义
  • 并发：CPU分时轮询的执行线程。
  • 并行：同一个时刻同时在执行。

线程的生命周期(背诵)

线程的6种状态总结