一、线程

1、什么是线程

线程(thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

2、如何创建线程

2.1、JAVA中创建线程

/**
 * 继承Thread类，重写run方法
 */
class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("myThread..." + Thread.currentThread().getName());
} }

/**
 * 实现Runnable接口，实现run方法 
 */
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("MyRunnable..." + Thread.currentThread().getName());
} }

/**
 * 实现Callable接口，指定返回类型，实现call方法
 */
class MyCallable implements Callable {
    @Override
    public String call服务器托管网() throws Exception {
        return "MyCallable..." + Thread.currentThread().getName();
} }

2.2、测试一下

public static void main(String[] args) throws Exception {
    MyThread thread = new MyThread();
    thread.run();   //myThread...main
    thread.start(); //myThread...Thread-0
    
    MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
    Thread thread1 = new Thread(myRunnable);
    myRunnable.run();   //MyRunnable...main
    thread1.start();    //MyRunnable...Thread-1
    
    MyCallable myCallable = new MyCallable();
    FutureTask futureTask = new FutureTask(myCallable);
    Thread thread2 = new Thread(futureTask);
    thread2.start();
    System.out.println(myCallable.call());  //MyCallable...main
    System.out.println(futureTask.get());   //MyCallable...Thread-2

}

2.3、问题

既然我们创建了线程，那为何我们直接调用方法和我们调用start()方法的结果不同?new Thread() 是否真实创建了线程?

2.4、问题分析

我们直接调用方法，可以看到是执行的主线程，而调用start()方法就是开启了新线程，那说明new Thread()并没有创建线程，而是在start()中创建了线程。

那我们看下Thread类start()方法:

class Thread implements Runnable { //Thread类实现了Runnalbe接口，实现了run()方法 
    
    private Runnable target;

    public synchronized void start() {
        ...

        boolean started = false;
        try {
            start0(); //可以看到，start()方法真实的调用时start0()方法 
            started = true;
        } finally {
            ...     
        } 
    }
    
    private native void start0();  //start0()是一个native方法，由JVM调用底层操作系统，开启一个线程，由操作系统过统一调度 

    @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
             target.run(); //操作系统在执行新开启的线程时，回调Runnable接口的run()方法，执行我们预设的线程任务

        } 
     } 
}

2.5、总结

JAVA不能直接创建线程执行任务，而是通过创建Thread对象调用操作系统开启线程，在由操作系统回调Runnable接口的run()方法执行任务;
实现Runnable的方式，将线程实际要执行的回调任务单独提出来了，实现线程的启动与回调任务解耦;
实现Callable的方式，通过Future模式不但将线程的启动与回调任务解耦，而且可以在执行完成后获取到执行的结果;

二、多线程

1、什么是多线程

多线程(multithreading)，是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。同一个线程只能处理完一个任务在处理下一个任务，有时我们需要多个任务同时处理，这时，我们就需要创建多个线程来同时处理任务。

2、多线程有什么好处

2.1、串行处理

public static void main(String[] args) throws Exception {
    System.out.println("start...");
    long start = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i

2.2、并行处理

public static void main(String[] args) throws Exception {
    System.out.println("start...");
    long start = System.currentTimeMillis();
    List list = new ArrayList();

    for (int i = 0; i  callable = new Callable() {
            @Override
            public String call() throws Exception {
                Thread.sleep(2000); //每个任务执行2秒 
                return "task done...";
            }

        };
        FutureTask task = new FutureTask(callable);
        list.add(task);
        new Thread(task).start();

    }
    
    list.forEach(future -> {
        try { 
            System.out.println(future.get()); //处理执行结果 } catch (Exception e) {
         } 
    });
    
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("end...,time = " + (end - start));

} 
//执行结果
 start...
 task done...
 task done...
 task done...
 task done...
 task done... end...,time = 2005

2.3、总结

多线程可以把一个任务拆分为几个子任务，多个子任务可以并发执行，每一个子任务就是一个线程。
多线程是为了同步完成多项任务，不是为了提高运行效率，而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率。

2.4、多线程的问题

上面示例中我们可以看到，如果每来一个任务，我们就创建一个线程，有很多任务的情况下，我们会创建大量的线程，可能会导致系统资源的耗尽。同时，我们知道线程的执行是需要抢占CPU资源的，那如果有太多的线程，就会导致大量时间用在线程切换的开销上。

再有，每来一个任务都需要创建一个线程，而创建一个线程需要调用操作系统底层方法，开销较大，而线程执行完成后就被回收了。在需要大量线程的时候，创建线程的时间就花费不少了。

三、线程池

1、如何设计一个线程池

由于多线程的开发存在上述的一些问题，那我们是否可以设计一个东西来避免这些问题呢?当然可以! 线程池就是为了解决这些问题而生的。那我们该如何设计一个线程池来解决这些问题呢?或者说，一个线程池该具备什么样的功能?

1.1、线程池基本功能

多线程会创建大量的线程耗尽资源，那线程池应该对线程数量有所限制，可以保证不会耗尽系统资源;
每次创建新的线程会增加创建时的开销，那线程池应该减少线程的创建，尽量复用已创建好的线程;

1.2、线程池面临问题

我们知道线程在执行完自己的任务后就会被回收，那我们如何复用线程?
我们指定了线程的最大数量，当任务数超出线程数时，我们该如何处理?

1.3、创新源于生活

先假设一个场景:假设我们是一个物流公司的管理人员，要配送的货物就是我们的任务，货车就是我们配送工具，我们当然不能有多少货物就准备多少货车。那当顾客源源不断的将货物交给我们配送，我们该如何管理才能让公司经营的最好呢?

最开始货物来的时候，我们还没有货车，每批要运输的货物我们都要购买一辆车来运输;
当货车运输完成后，暂时还没有下一批货物到达，那货车就在仓库停着，等有货物来了立马就可以运输;
当我们有了一定数量的车后，我们认为已经够用了，那后面就不再买车了，这时要是由新的货物来了，我们就会让货物先放仓库，等有车回来在配送;
当618大促来袭，要配送的货物太多，车都在路上，仓库也都放满了，那怎么办呢?我们就选择临时租一些车来帮忙配送，提高配送的效率;
但是货物还是太多，我们增加了临时的货车，依旧配送不过来，那这时我们就没办法了，只能让发货的客户排队等候或者干脆不接受了;
大促圆满完成后，累计的货物已经配送完成了，为了降低成本，我们就将临时租的车都还了;

1.4、技术源于创新

基于上述场景，物流公司就是我们的线程池、货物就是我们的线程任务、货车就是我们的线程。我们如何设计公司的管理货车的流程，就应该如何设计线程池管理线程的流程。

当任务进来我们还没有线程时，我们就该创建线程执行任务;
当线程任务执行完成后，线程不释放，等着下一个任务进来后接着执行;
当创建的线程数量达到一定量后，新来的任务我们存起来等待空闲线程执行，这就要求线程池有个存任务的容器;
当容器存满后，我们需要增加一些临时的线程来提高处理效率;
当增加临时线程后依旧处理不了的任务，那就应该将此任务拒绝;
当所有任务执行完成后，就应该将临时的线程释放掉，以免增加不必要的开销;

2、线程池具体分析

上文中，我们讲了该如何设计一个线程池，下面我们看看大神是如何设计的；

2.1、 JAVA中的线程池是如何设计的

2.1.1、线程池设计

看下线程池中的属性，了解线程池的设计。

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {

    //线程池的打包控制状态,用高3位来表示线程池的运行状态,低29位来表示线程池中工作线程的数量 
    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)); 
    
    //值为29,用来表示偏移量
     private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3; 

    //线程池的最大容量
     private static final int CAPACITY = (1  workQueue; 

    //全局锁，对线程池状态等属性修改时需要使用这个锁
    private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock(); 

    //线程池中工作线程的集合，访问和修改需要持有全局锁
    private final HashSet workers = new HashSet(); 

    // 终止条件
    private final Condition termination = mainLock.newCondition(); 

    //线程池中曾经出现过的最大线程数 
    private int largestPoolSize; 
    
    //已完成任务的数量
    private long completedTaskCount; 
    
    //线程工厂
    private volatile ThreadFactory threadFactory; 
    
    //任务拒绝策略
    private volatile RejectedExecutionHandler handler; 

    //线程存活时间
    private volatile long keepAliveTime; 

    //是否允许核心线程超时
    private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut; 

    //核心池大小，若allowCoreThreadTimeOut被设置，核心线程全部空闲超时被回收的情况下会为0 
    private volatile int corePoolSize; 

    //最大池大小，不得超过CAPACITY
    private volatile int maximumPoolSize; 
    
    //默认的任务拒绝策略
    private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler = new AbortPolicy();

    //运行权限相关
    private static final RuntimePermission shutdownPerm = 
        new RuntimePermission("modifyThread");

    ... 
}

小结一下：以上线程池的设计可以看出，线程池的功能还是很完善的。

提供了线程创建、数量及存活时间等的管理;
提供了线程池状态流转的管理;
提供了任务缓存的各种容器;
提供了多余任务的处理机制;
提供了简单的统计功能;

2.1.2、线程池构造函数

//构造函数
 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, //核心线程数 
                           int maximumPoolSize, //最大允许线程数 
                           long keepAliveTime, //线程存活时间 
                           TimeUnit unit, //存活时间单位 
                           BlockingQueue workQueue, //任务缓存队列
                           ThreadFactory threadFactory, //线程工厂 
                           RejectedExecutionHandler handler) { //拒绝策略 
    if (corePoolSize

小结一下：

构造函数告诉了我们可以怎样去适用线程池，线程池的哪些特性是我们可以控制的;

2.1.3、线程池执行

2.1.3.1、提交任务方法

• public void execute(Runnable command);

• Future> submit(Runnable task);

• Future submit(Runnable task, T result);

• Future submit(Callable task);

public Future> submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture ftask = newTaskFor(task, null);
        execute(ftask);
        return ftask;
}

可以看到submit方法的底层调用的也是execute方法，所以我们这里只分析execute方法；

    public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        
        int c = ctl.get();
        //第一步：创建核心线程
        if (workerCountOf(c)

小结一下：execute()方法主要功能：

核心线程数量不足就创建核心线程；
核心线程满了就加入缓存队列；
缓存队列满了就增加非核心线程；
非核心线程也满了就拒绝任务；

2.1.3.2、创建线程

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        retry:
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            //等价于：rs>=SHUTDOWN && (rs != SHUTDOWN || firstTask != null || workQueue.isEmpty())
            //线程池已关闭，并且无需执行缓存队列中的任务，则不创建
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty()))
                return false;

            for (;;) {
                int wc = workerCountOf(c);
                if (wc >= CAPACITY ||
                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                    return false;
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))  //CAS增加线程数
                    break retry;
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                if (runStateOf(c) != rs)
                    continue retry;
                // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
            }
        }

        //上面的流程走完，就可以真实开始创建线程了
        boolean workerStarted = false;
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
            w = new Worker(firstTask);  //这里创建了线程
            final Thread t = w.thread;
            if (t != null) {
                final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                mainLock.lock();
                try {
                    // Recheck while holding lock.
                    // Back out on ThreadFactory failure or if
                    // shut down before lock acquired.
                    int rs = runStateOf(ctl.get());

                    if (rs  largestPoolSize)
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
                if (workerAdded) {
                    t.start();      //添加成功，启动线程
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);     //添加线程失败操作
        }
        return workerStarted;
    }

小结：addWorker()方法主要功能；

增加线程数；
创建线程Worker实例加入线程池；
加入完成开启线程；
启动失败则回滚增加流程；

2.1.3.3、工作线程的实现

    private final class Worker  //Worker类是ThreadPoolExecutor的内部类
        extends AbstractQueuedSynchronizer  
        implements Runnable
    {
        
        final Thread thread;    //持有实际线程
        Runnable firstTask;     //worker所对应的第一个任务，可能为空
        volatile long completedTasks;   //记录执行任务数

        Worker(Runnable firstTask) {
            setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
            this.firstTask = firstTask;
            this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
        }
        
        public void run() {
            runWorker(this);    //当前线程调用ThreadPoolExecutor中的runWorker方法，在这里实现的线程复用
        }

        ...继承AQS，实现了不可重入锁...
    }

小结：工作线程Worker类主要功能；

此类持有一个工作线程，不断处理拿到的新任务，持有的线程即为可复用的线程；
此类可看作一个适配类，在run()方法中真实调用runWorker()方法不断获取新任务，完成线程复用；

2.1.3.4、线程的复用

    final void runWorker(Worker w) {    //ThreadPoolExecutor中的runWorker方法，在这里实现的线程复用
        Thread wt = Thread.currentThread();
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        w.unlock(); // allow interrupts
        boolean completedAbruptly = true;   //标识线程是否异常终止
        try {
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {    //这里会不断从任务队列获取任务并执行
                w.lock();
                
                //线程是否需要中断
                if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||    
                     (Thread.interrupted() &&
                      runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                    !wt.isInterrupted())
                    wt.interrupt();
                try {
                    beforeExecute(wt, task);    //执行任务前的Hook方法，可自定义
                    Throwable thrown = null;
                    try {
                        task.run();             //执行实际的任务
                    } catch (RuntimeException x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Error x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Throwable x) {
                        thrown = x; throw new Error(x);
                    } finally {
                        afterExecute(task, thrown); //执行任务后的Hook方法，可自定义
                    }
                } finally {
                    task = null;    //执行完成后，将当前线程中的任务制空，准备执行下一个任务
                    w.completedTasks++;
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);服务器托管网    //线程执行完成后的清理工作
        }
    }

小结：runWorker()方法主要功能；

循环从缓存队列中获取新的任务，直到没有任务为止；
使用worker持有的线程真实执行任务；
任务都执行完成后的清理工作；

2.1.3.5、队列中获取待执行任务

    private Runnable getTask() {
        boolean timedOut = false;   //标识当前线程是否超时未能获取到task对象

        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            // Check if queue empty only if necessary.
            if (rs >= SHUTDOWN && (rs >= STOP || workQueue.isEmpty())) {
                decrementWorkerCount();
                return null;
            }

            int wc = workerCountOf(c);

            // Are workers subject to culling?
            boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;

            if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
                && (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
                if (compareAndDecrementWorkerCount(c))      //若线程存活时间超时，则CAS减去线程数量
                    return null;
                continue;
            }

            try {
                Runnable r = timed ?
                    workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :   //允许超时回收则阻塞等待
                    workQueue.take();                                   //不允许则直接获取，没有就返回null
                if (r != null)
                    return r;
                timedOut = true;
            } catch (InterruptedException retry) {
                timedOut = false;
            }
        }
    }

小结：getTask()方法主要功能；

实际在缓存队列中获取待执行的任务；
在这里管理线程是否要阻塞等待，控制线程的数量；

2.1.3.6、清理工作

  private void processWorkerExit(Worker w, boolean completedAbruptly) {
        if (completedAbruptly) // If abrupt, then workerCount wasn't adjusted
            decrementWorkerCount();

        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            completedTaskCount += w.completedTasks;
            workers.remove(w);          //移除执行完成的线程
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }

        tryTerminate();     //每次回收完一个线程后都尝试终止线程池

        int c = ctl.get();
        if (runStateLessThan(c, STOP)) {    //到这里说明线程池没有终止
            if (!completedAbruptly) {
                int min = allowCoreThreadTimeOut ? 0 : corePoolSize;
                if (min == 0 && ! workQueue.isEmpty())
                    min = 1;
                if (workerCountOf(c) >= min)
                    return; // replacement not needed
            }
            addWorker(null, false);     //异常终止线程的话，需要在常见一个线程
        }
    }

小结：processWorkerExit()方法主要功能；

真实完成线程池线程的回收；
调用尝试终止线程池；
保证线程池正常运行；

2.1.3.7、尝试终止线程池

    final void tryTerminate() {
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            
            //若线程池正在执行、线程池已终止、线程池还需要执行缓存队列中的任务时，返回
            if (isRunning(c) ||
                runStateAtLeast(c, TIDYING) ||
                (runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))
                return;
                
            //执行到这里，线程池为SHUTDOWN且无待执行任务 或 STOP 状态
            if (workerCountOf(c) != 0) {
                interruptIdleWorkers(ONLY_ONE);     //只中断一个线程
                return;
            }

            //执行到这里，线程池已经没有可用线程了，可以终止了
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            mainLock.lock();
            try {
                if (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {  //CAS设置线程池终止
                    try {
                        terminated();   //执行钩子方法
                    } finally {
                        ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));  //这里将线程池设为终态
                        termination.signalAll();
                    }
                    return;
                }
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            // else retry on failed CAS
        }
    }

小结：tryTerminate()方法主要功能；

实际尝试终止线程池；
终止成功则调用钩子方法，并且将线程池置为终态。

2.2、JAVA线程池总结

以上通过对JAVA线程池的具体分析我们可以看出，虽然流程看似复杂，但其实有很多内容都是状态重复校验、线程安全的保证等内容，其主要的功能与我们前面所提出的设计功能一致，只是额外增加了一些扩展，下面我们简单整理下线程池的功能；

2.2.1、主要功能

线程数量及存活时间的管理；
待处理任务的存储功能；
线程复用机制功能；
任务超量的拒绝功能；

2.2.2、扩展功能

简单的执行结果统计功能；
提供线程执行异常处理机制；
执行前后处理流程自定义；
提供线程创建方式的自定义；

2.2.3、流程总结

以上通过对JAVA线程池任务提交流程的分析我们可以看出，线程池执行的简单流程如下图所示；

2.3、JAVA线程池使用

线程池基本使用验证上述流程：

   public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        //创建线程池
       ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
               5, 10, 100, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue(5));
        
        //加入4个任务，小于核心线程，应该只有4个核心线程，队列为0
        for (int i = 0; i

作者：京东零售秦浩然

来源：京东云开发者社区转载请注明来源

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深入浅出线程池

一、线程

1、什么是线程

2、如何创建线程

2.1、JAVA中创建线程

2.2、测试一下

2.3、问题

2.4、问题分析

2.5、总结

二、多线程

1、什么是多线程

2、多线程有什么好处

2.1、串行处理

2.2、并行处理

2.3、总结

2.4、多线程的问题

三、线程池

1、如何设计一个线程池

1.1、线程池基本功能

1.2、线程池面临问题

1.3、创新源于生活

1.4、技术源于创新

2、线程池具体分析

2.1、 JAVA中的线程池是如何设计的

2.1.1、线程池设计

2.1.2、线程池构造函数

2.1.3、线程池执行

2.2、JAVA线程池总结

2.3、JAVA线程池使用

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一、线程

1、什么是线程

2、如何创建线程

2.1、JAVA中创建线程

2.2、测试一下

2.3、问题

2.4、问题分析

2.5、总结

二、多线程

1、什么是多线程

2、多线程有什么好处

2.1、串行处理

2.2、并行处理

2.3、总结

2.4、多线程的问题

三、线程池

1、如何设计一个线程池

1.1、线程池基本功能

1.2、线程池面临问题

1.3、创新源于生活

1.4、技术源于创新

2、线程池具体分析

2.1、 JAVA中的线程池是如何设计的

2.1.1、 线程池设计

2.1.2、线程池构造函数

2.1.3、线程池执行

2.2、JAVA线程池总结

2.3、JAVA线程池使用

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2.1.1、线程池设计