Java多線程基本概念

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基本概念

 

線程與任務的概念不一樣。

任務：通常是一些抽象的且離散的工作單元，比如在Web請求中，針對使用者的請求需要返回相應的頁面是一個任務，在Java中實現Runnable介面的類也是一個任務.

線程：執行任務的實體，可以在單個線程中串列地執行各項任務，例如單線程串列執行Web請求，也可以在為每個請求建立一個線程執行。

任務是一組邏輯工作單元，而線程則是使任務非同步執行的機制。

一個簡單的例子：當我們定義了一個Runnable對象時，即任務，使用new Thread(Runnable).start()即將任務放到實際的線程中執行。

 

Executor線程池

 

Web應用中有兩種執行任務的策略：

• 把所有任務放在單個線程中串列執行：糟糕的響應性和輸送量。

• 為每個任務建立一個線程並行的執行：資源管理的複雜性，體現線上程開銷大，不穩定。

所以在Java中引入了Executor（線程池）架構來簡化線程的管理工作，Executor使用Runnable作為其基本的任務表示形式，在Java類庫中，任務執行的主要抽象不是Thread，而是Executor。

Executor基於生產者-消費者模式，提交任務的操作相當於生產者（產生待完成的工作單元），執行任務的線程則相當於消費者（執行完這些工作單元），這樣就將請求處理任務的提交與任務的實際執行解耦開來。在下面例子中建立一個固定長度的線程池，可以容納100個線程。

class TaskExecutionWebServer {    private static final int NTHREADS = 100;    // 調用Executors中的靜態Factory 方法可以來建立一個線程池    private static final Executor exec =                     Executors.newFixedThreadPool(NTHREADS);    public static void main(String[] args) throws IOException {        ServerSocket socket = new ServerSocket(80);        while (true) {            final Socket connection = socket.accept();            Runnable task = new Runnable() {                public void run() {                    handleRequest(connection);                }            };            // 通過execute將任務提交到工作隊列中，背景工作執行緒反覆擷取執行            exec.execute(task);        }    }}

執行策略

 

線程池是指管理一組同構背景工作執行緒的資源集區。通過重用現有的線程而不是建立新線程，可以在處理多個請求時，分攤線上程建立和銷毀過程中產生的巨大開銷。另一個額外的好處是，當請求到達時，背景工作執行緒已經存在，因為提高了響應性。

• 工作隊列（Work Queue）：線程池是與工作隊列密切相關的，其中在工作隊列中儲存了所有等待執行的任務。
• 工作者線程（Worker Thread）：從工作隊列中擷取一個任務，執行任務，然後返回線程池並等待下一個任務。

在執行策略中定義了任務執行的“What、Where、When、How”等方面，包括：

• 該任務在哪個線程中執行
• 任務可以按照什麼樣的順序來執行（如優先順序、FIFO、LIFO）
• 有多少個任務可以並發執行
• ......

 

生命週期

 

線程池生命週期（ExecutorService）

我們已經知道了如何建立一個Executor，但並沒有討論如何關閉它。為瞭解決執行服務的生命週期問題，Executor擴充了ExecutorService介面，添加了一些用於生命週期管理方法。

public interface ExecutorService extends Executor {    void shutdown();    List<Runnable> shutdownNow();    boolean isShutdown();    //...}

ExecutorService的生命週期有3種狀態：運行、關閉和已終止。shutdown()方法將執行平緩的關閉過程：不再接受新的任務，同時等待已提交任務執行完成（包括未開始執行的任務）。shutdownNow()將嘗試取消所有啟動並執行任務。關閉後再提交，由“拒絕執行處理器”處理，或者拋出RejectedExecutionException異常。

任務生命週期（Future）

由於Runnable不能返回一個值或者拋出一個受檢查的異常，存在著很大的局限性。所以引入了Callable，它認為主進入點（即call）將返回一個值，並可能拋出一個異常。

又Runnable和Callable描述都是抽象的計算任務，通常經過建立、提交、開始和完成四個階段，就如ExecutorService為Executor解決生命週期問題，Future也為一個任務解決了生命週期的問題，並提供了相應地方法來判斷是否已經完成或取消，以及擷取任務的結果和取消任務。

public interface Callable<V> {        V call() throws Exception;}public interface Future<V> {    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning); // 取消任務    boolean isCancelled();    boolean isDone();    V get() throws InterruptedException, ExecutionExeception,                        CancellationExeception;    V get(long timeout, TimeUnit unit) throws                    InterruptedException, ExecutionExeception                    CancellationExeception, TimeoutException;

通過調用ExecutorService中得submit方法將返回一個Future代表該任務的生命週期，可用來獲得任務的執行結果或者取消任務。也可以顯示地為某個指定的Runnable或Callable執行個體化一個FutureTask。

在將Runnable或Callable提交到Executor的過程中，包含了一個安全發布的過程，即將Runnable或Callable從提交線程發布到最終執行任務的線程。類似地，在擷取Future結果的過程中也包含了一個安全發布，即將這個結果從計算它的線程發布到任何通過get獲得它的線程。

參考： 書本Java Concurrency in Practice

Java多線程基本概念