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并发编程

Posted by Kun on April 23, 2025

多线程

线程的生命周期

状态 描述
【NEW】 这个状态主要是线程未被Thread.start()调用前的状态。
【RUNNABLE】 线程正在JVM中被执行，等待来自操作系统(如处理器)的调度。
【BLOCKED】 阻塞，因为某些原因不能立即执行需要挂起等待。
【WAITING】 无限期等待，由于线程调用了Object.wait(0)，Thread.join(0)和LockSupport.park其中的一个方法，线程处于等待状态，其中调用wait, join方法时未设置超时时间。
【TIMED_WAITING】 有限期等待， 线程等待一个指定的时间，比如线程调用了Object.wait(long), Thread.join(long),LockSupport.parkNanos, LockSupport.parkUntil方法之后，线程的状态就会变成TIMED_WAITING
【TERMINATED】 终止的线程状态，线程已经完成执行。

在操作系统层面RUNNABLE分为RUNNING和READY状态,但是操作系统的调度方式是 时间分片方式进行抢占式轮转调度 然而这个时间片是非常小的运行大概只有0.01s这个量级,运行之后又放在队列末尾进行等待调度,因此JVM就没有区分这两种状态,都归纳为RUNNABLE状态

线程池

线程池可以通过 java.util.concurrent 包中的 ExecutorService 和 ThreadPoolExecutor 类来实现

1. FixedThreadPool（固定大小线程池）

  • 特点：该线程池包含固定数量的线程，如果所有线程都在工作，新的任务会被放入任务队列中等待。

  • 适用场景：适用于负载稳定、长期运行的应用场景，适合控制线程并发数避免资源占用过多。

  • 创建方法

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    java
  
  
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ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(int nThreads);

2. CachedThreadPool（缓存线程池）

  • 特点：线程池会根据需要创建新线程，空闲线程会被回收。当线程池中的线程空闲时间超过 60 秒，线程将被终止并移出池。线程池会动态调整大小以应对较高的并发需求。

  • 适用场景：适用于执行大量短期异步任务，或负载波动较大的任务。由于线程数量没有上限，可能导致系统资源耗尽。

  • 创建方法

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    java
  
  
复制代码
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

3. SingleThreadExecutor（单线程线程池）

  • 特点：该线程池只有一个工作线程，用于确保任务按顺序执行。如果这个线程异常终止，会有一个新的线程代替它继续执行后续任务。

  • 适用场景：适用于需要确保顺序执行任务的场景，比如顺序写入日志文件的操作。

  • 创建方法

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    java
  
  
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ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

4. ScheduledThreadPool（定时任务线程池）

  • 特点：用于定时或周期性执行任务，类似于 Timer 类的功能，但功能更加强大。

  • 适用场景：适用于需要定时任务调度的场景，比如定时执行某个任务或周期性执行。

  • 创建方法

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    java
  
  
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ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize);

5. WorkStealingPool（工作窃取线程池）

  • 特点：基于工作窃取算法的线程池，充分利用多核 CPU，减少线程间的竞争，提升并行任务的执行效率。

  • 适用场景：适用于大量并行的小任务，例如 ForkJoinPool 的应用场景。

  • 创建方法

    （Java 8 引入）：

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    java
  
  
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ExecutorService workStealingPool = Executors.newWorkStealingPool();

哪个线程池最好？

没有绝对“最好的”线程池，选择合适的线程池取决于具体的应用场景和需求。以下是一些选择建议：

  • FixedThreadPool：适合任务量固定、长期运行的场景，可以通过固定线程数量控制系统资源使用。
  • CachedThreadPool：适合任务量波动较大、执行时间短的任务，但要注意线程数量无限制，可能耗尽资源。
  • SingleThreadExecutor：适合需要确保顺序执行任务的场景，如写日志、串行操作。
  • ScheduledThreadPool：适合定时任务或周期性任务。
  • WorkStealingPool：适合并行计算任务多的场景，尤其在多核 CPU 环境下表现良好。

因此，线程池的选择需要根据实际任务的并发特性、执行时长、调度要求来决定。

自定义线程池参数

1. corePoolSize（核心线程数）

  • 定义：线程池中始终保持的线程数量，即使它们处于空闲状态。核心线程会处理任务，当核心线程数不足时，新的任务会放入任务队列中。
  • 作用：控制线程池在没有任务时的最小线程数。
  • 建议：适当设置为机器可用的 CPU 核心数量或稍微多一些，具体依据任务的计算密集型或 I/O 密集型而定。

2. maximumPoolSize（最大线程数）

  • 定义：线程池允许创建的最大线程数。当任务队列已满，且当前线程数小于 maximumPoolSize 时，线程池会创建新的线程执行任务。
  • 作用：限制线程池的最大并发线程数，防止线程数量过多导致系统资源耗尽。
  • 建议：maximumPoolSize 应大于或等于 corePoolSize，并结合任务负载以及系统资源来合理设定。

3. keepAliveTime（空闲线程存活时间）

  • 定义：当线程数超过 corePoolSize 时，多余的空闲线程最多可以存活的时间。超过这个时间，空闲线程将会被销毁。如果线程数等于 corePoolSize，空闲线程不会被销毁。
  • 作用：用于控制线程池中非核心线程的回收时机，从而节省系统资源。
  • 建议：适当设置可提高线程池的灵活性，避免频繁创建和销毁线程。

4. unit（时间单位）

  • 定义：keepAliveTime 参数的时间单位，可以是 TimeUnit 枚举中的任意一个值，例如 TimeUnit.SECONDS、TimeUnit.MILLISECONDS 等。

5. workQueue（任务队列）

  • 定义

    ：用于保存等待执行任务的阻塞队列，当所有核心线程都在工作时，新的任务会进入此队列等待。常用的任务队列类型有：

    • SynchronousQueue：不保存任务，直接将任务交给线程执行。如果没有线程可用，会创建新线程。
    • LinkedBlockingQueue：基于链表的有界或无界阻塞队列，默认无界，会导致线程数永远不会超过 corePoolSize。
    • ArrayBlockingQueue：基于数组的有界阻塞队列，需指定队列大小。
    • PriorityBlockingQueue：带优先级的无界阻塞队列，任务会根据优先级顺序执行。

  • 作用：决定任务在没有空闲线程时的排队方式，直接影响线程池的行为。

6. threadFactory（线程工厂）

  • 定义：用于创建新线程的工厂，默认是 Executors.defaultThreadFactory()，该工厂创建的线程都是非守护线程，且具有默认优先级。
  • 作用：允许自定义线程的创建，比如给线程命名、设置优先级、是否为守护线程等。
  • 建议：可以通过自定义 ThreadFactory 为线程命名，便于在排查问题时区分不同的线程池。

7. handler（拒绝策略）

  • 定义

    ：当线程池无法处理新任务时的拒绝策略。通常在任务队列已满且线程数达到了

    1

    maximumPoolSize

    时会触发。内置的拒绝策略有：

    • AbortPolicy：默认策略，抛出 RejectedExecutionException 异常。
    • CallerRunsPolicy：由调用线程执行任务，即提交任务的线程自己执行任务，避免任务丢失。
    • DiscardPolicy：直接丢弃任务，不抛出异常。
    • DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的任务，并尝试重新执行当前任务。

  • 作用：控制线程池任务满载时的处理方式，防止系统资源耗尽或任务丢失。

  • 建议：根据业务场景选择合适的拒绝策略，确保任务不会丢失或系统不会崩溃。

JUC

synchronize关键字

java内置关键字 无法判断锁的状态 会自动释放锁

可重入锁 不可以中断 非公平锁

适合锁少量的代码同步问题

lock类 (重点)

Lock是JUC中的类 可以获取锁的状态 必须手动释放锁,要不然会发生死锁

可重入锁 公平锁

适量锁大量的代码同步问题

synchronize wait notify

lock condition.await condition.singnalAll 精准通知和唤醒

Collections.syc

ConcurrentArrayList

ConcurrentHashSet

ConcurrentHashMap

CopyOnWriteHashMap

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