Java多线程

概念：

• 进程： 每个进程都有独立的代码和数据空间（进程上下文），进程间的切换会有较大的开销，一个进程包含1--n个线程。
• 线程： 进程中负责程序执行的执行单元。一个进程中至少有一个线程。
• 多线程：解决多任务同时执行的需求，合理使用CPU资源。多线程的运行是根据CPU切换完成，如何切换由CPU决定，因此多线程运行具有不确定性。
• 线程池：基本思想还是一种对象池的思想，开辟一块内存空间，里面存放了众多(未死亡)的线程，池中线程执行调度由池管理器来处理。当有线程任务时，从池中取一个，执行完成后线程对象归池，这样可以避免反复创建线程对象所带来的性能开销，节省了系统的资源。

创建线程的两种方式

1. 继承Thread类，覆盖run()方法。创建线程对象并用start()方法启动线程。
2. 实现Runnable接口

Thread 类中的 start() 和 run() 方法的区别

调用 start() 方法才会启动新线程；如果直接调用 Thread 的 run() 方法，它的行为就会和普通的方法一样；为了在新的线程中执行我们的代码，必须使用 Thread.start() 方法。

用 Runnable 还是 Thread

我们都知道可以通过继承 Thread 类或者调用 Runnable 接口来实现线程，问题是，创建线程哪种方式更好呢？什么情况下使用它？这个问题很容易回答，如果你知道Java不支持类的多重继承，但允许你调用多个接口。所以如果你要继承其他类，当然是调用Runnable接口更好了

Android 系统接口 HandlerThread 继承了 Thread，它是一个可以使用 Handler 的 Thread，一个具有消息循环的线程。run()方法中通过 Looper.prepare() 来创建消息队列，通过 Looper.loop() 来开启消息循环。可以在 run() 方法中执行耗时的任务，而 HandlerThread 内部创建了消息队列外界需要通过 Handler 的方式来通知 HandlerThread 执行一个具体任务；HandlerThread 的 run() 方法是一个无限的循环，可以通过它的 quite() 或 quitSafely() 方法来终止线程的执行；

创建线程的第三种方式

Callable 是在 JDK1.5 增加的（Runnable在JDK1.0）。 与Runnable的主要区别是 Callable 的 call() 方法可以返回值和抛出异常，而 Runnable 的 run() 方法没有这些功能。Callable 可以返回装载有计算结果的 Future 对象。

源码:

    public interface Runnable {
      public void run();
    }

    public interface Callable<V> {
      V call() throws Exception;
    }

Callable无法在新线程中new Thread(Runnable r)使用，Thread 类只支持 Runnable。不过 Callable 可以使用 ExecutorService 。

#######Future

该接口定义5个方法

1. boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：试图取消对此任务的执行。如果任务已完成、或已取消，或者由于某些其他原因而无法取消，则此尝试将失败。当调用 cancel() 时，如果调用成功，而此任务尚未启动，则此任务将永不运行。如果任务已经启动，则 mayInterruptIfRunning 参数确定是否应该以试图停止任务的方式来中断执行此任务的线程。此方法返回后，对 isDone() 的后续调用将始终返回 true。如果此方法返回 true，则对 isCancelled() 的后续调用将始终返回 true。

2. boolean isCancelled()：如果在任务正常完成前将其取消，则返回 true。

3. boolean isDone()：如果任务已完成，则返回 true。 可能由于正常终止、异常或取消而完成，在所有这些情况中，此方法都将返回 true。

4. V get()throws InterruptedException,ExecutionException：如有必要，等待计算完成，然后获取其结果。

5. V get(long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException： 如有必要，最多等待为使计算完成所给定的时间之后，获取其结果（如果结果可用）

#######FutureTask

FutureTask实现了两个接口，Runnable和Future，所以它既可以作为Runnable被线程执行，又可以作为Future得到Callable的返回值。
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
...
}

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    void run();
}

示例

Callable<String> callable = new Callable<String>() {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        return "哈哈哈";
    }
};

FutureTask<String> task = new FutureTask<String>(callable);

Thread t = new Thread(task);
t.start(); // 启动线程
task.cancel(true); // 取消线程

多线程

使用多线程得好处：

优点：

1）适当的提高程序的执行效率（多个线程同时执行）。

2）适当的提高了资源利用率（CPU、内存等）。

缺点：

1）占用一定的内存空间。

2）线程越多CPU的调度开销越大。

3）程序的复杂度会上升。

要点

synchronized

synchronized是Java中的关键字，是一种同步锁。它修饰的对象有以下几种：

1. 修饰一个代码块，被修饰的代码块称为同步语句块，其作用的范围是大括号{}括起来的代码，作用的对象是调用这个代码块的对象；

2. 修饰一个方法，被修饰的方法称为同步方法，其作用的范围是整个方法，作用的对象是调用这个方法的对象；

3. 修改一个静态的方法，其作用的范围是整个静态方法，作用的对象是这个类的所有对象；

4. 修改一个类，其作用的范围是synchronized后面括号括起来的部分，作用主的对象是这个类的所有对象。

wait()、notify()、notifyAll()

wait()：
导致线程进入等待状态，直到它被其他线程通过notify()或者notifyAll唤醒，该方法只能在同步方法中调用。

notify()：
随机选择一个在该对象上调用wait方法的线程，解除其阻塞状态，该方法只能在同步方法或同步块内部调用。

notifyAll()：
解除所有那些在该对象上调用wait方法的线程的阻塞状态，同样该方法只能在同步方法或同步块内部调用。

调用这三个方法中任意一个，当前线程必须是锁的持有者，如果不是会抛出一个 IllegalMonitorStateException 异常。

wait() 与 Thread.sleep(long time) 的区别

sleep()：在指定的毫秒数内让当前正在执行的线程休眠（暂停执行）。

wait() 方法使实体所处线程暂停执行，从而使对象进入等待状态，直到被 notify() 方法通知或者 wait() 的等待的时间到。

sleep() 方法使持有的线程暂停运行，从而使线程进入休眠状态，直到用 interrupt 方法来打断他的休眠或者 sleep 的休眠的时间到。

wait() 方法进入等待状态时会释放同步锁，而 sleep() 方法不会释放同步锁。

join()

thread.Join把指定的线程加入到当前线程，可以将两个交替执行的线程合并为顺序执行的线程。比如在线程B中调用了线程A的Join()方法，直到线程A执行完毕后，才会继续执行线程B。

t.join(); //使调用线程 t 在此之前执行完毕。
t.join(1000); //等待 t 线程，等待时间是1000毫秒

伪代码

Thread t1 = new Thread(线程一);  
Thread t2 = new Thread(线程二);  
t1.start();  
t1.join(); // 等待线程一执行完成，再执行线程二
t2.start();

启动 t1 后，调用了 join() 方法，直到 t1 的任务结束，才轮到 t2 启动，然后 t2 才开始任务，两个线程是按着严格的顺序来执行的。

**Thread.yield() **

Thread.yield()：线程放弃运行，将CPU的控制权让出。

yield() 方法让出控制权后，如果优先级高于其他的线程，还有可能马上被系统的调度机制选中来运行。

线程池

优点：

1）避免线程的创建和销毁带来的性能开销。

2）避免大量的线程间因互相抢占系统资源导致的阻塞现象。

3｝能够对线程进行简单的管理并提供定时执行、间隔执行等功能。

Java里面线程池的顶级接口是 Executor，不过真正的线程池接口是 ExecutorService， ExecutorService 的默认实现是 ThreadPoolExecutor；
普通类 Executors 里面调用的就是 ThreadPoolExecutor。

Java通过Executors提供四种线程池

1. newCachedThreadPool 可变尺寸的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。对于执行很多短期异步任务的程序而言，这些线程池通常可提高程序性能。调用 execute() 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。因此，长时间保持空闲的线程池不会使用任何资源。注意，可以使用 ThreadPoolExecutor 构造方法创建具有类似属性但细节不同（例如超时参数）的线程池。(只有非核心线程，最大线程数非常大，所有线程都活动时，会为新任务创建新线程，否则利用空闲线程（60s空闲时间，过了就会被回收，所以线程池中有0个线程的可能）处理任务)

2. 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，所有的任务是串行执行的，如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它，保证所有任务按照指定顺序(FIFO)执行。(只有一个核心线程，确保所有任务都在同一线程中按顺序完成。因此不需要处理线程同步的问题。)

3. newFixedThreadPool 固定大小的线程池，每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小，线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。(只有核心线程，并且数量固定的，也不会被回收，所有线程都活动时，因为队列没有限制大小，新任务会等待执行。)

4. newScheduledThreadPool 创建一个大小无限的线程池，此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

ThreadPoolExecutor是Executors类的底层实现。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                      int maximumPoolSize,
                      long keepAliveTime,
                      TimeUnit unit,
                      BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                      ThreadFactory threadFactory) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, 
        threadFactory, defaultHandler);

}

1）corePoolSize：线程池的核心线程数，一般情况下不管有没有任务都会一直在线程池中一直存活，只有在 ThreadPoolExecutor 中的方法 allowCoreThreadTimeOut(boolean value) 设置为 true 时，闲置的核心线程会存在超时机制，如果在指定时间没有新任务来时，核心线程也会被终止，而这个时间间隔由第3个属性 keepAliveTime 指定。

2）maximumPoolSize：线程池所能容纳的最大线程数，当活动的线程数达到这个值后，后续的新任务将会被阻塞。

3）keepAliveTime：控制线程闲置时的超时时长，超过则终止该线程。一般情况下用于非核心线程，只有在 ThreadPoolExecutor 中的方法 allowCoreThreadTimeOut(boolean value) 设置为 true时，也作用于核心线程。

4）unit：用于指定 keepAliveTime 参数的时间单位，TimeUnit 是个 enum 枚举类型，常用的有：TimeUnit.HOURS(小时)、TimeUnit.MINUTES(分钟)、TimeUnit.SECONDS(秒) 和 TimeUnit.MILLISECONDS(毫秒)等。

5）workQueue：线程池的任务队列，通过线程池的 execute(Runnable command) 方法会将任务 Runnable 存储在队列中。

6）threadFactory：线程工厂，它是一个接口，用来为线程池创建新线程的。

• ThreadPoolExecutor执行任务时的心路历程（以下用currentSize表示线程池中当前线程数量）:

（1）当currentSize<corePoolSize时，没什么好说的，直接启动一个核心线程并执行任务。

（2）当currentSize>=corePoolSize、并且workQueue未满时，添加进来的任务会被安排到workQueue中等待执行。

（3）当workQueue已满，但是currentSize<maximumPoolSize时，会立即开启一个非核心线程来执行任务。

（4）当currentSize>=corePoolSize、workQueue已满、并且currentSize>maximumPoolSize时，调用handler默认抛出RejectExecutionExpection异常。

线程池 submit 和 execute

1. 接收的参数不一样

2. submit有返回值，而execute没有

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);

Future<?> submit(Runnable task);

void execute(Runnable command);

实现：submit内部调用execute，有返回值，抛出异常。

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

线程池的关闭

ThreadPoolExecutor 提供了两个方法，用于线程池的关闭。

shutdown()：不会立即的终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务。

shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务。