java 多线程加入队列 java多线程队列的使用

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架构领航员 2023-07-18 17:25:31

文章标签 java 多线程加入队列线程池乐观锁阻塞队列 文章分类 Java 后端开发

实现多线程的三种方法

继承Thread类，重写父类run()方法

public class thread1 extends Thread {
    public void run() {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    System.out.println("我是线程"+this.getId());
            }
    }
    public static void main(String[] args) {
            thread1 th1 = new thread1();
            thread1 th2 = new thread1();
            th1.start();
            th2.start();
    }
}

实现runnable接口

public class thread2 implements Runnable {
    public String ThreadName;
    public thread2(String tName){
            ThreadName = tName;
    }
    public void run() {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    System.out.println(ThreadName);
            }
    }
    public static void main(String[] args) {
            // 创建一个Runnable接口实现类的对象
            thread2 th1 = new thread2("线程A:");
            thread2 th2 = new thread2("线程B:");
            // 将此对象作为形参传递给Thread类的构造器中，创建Thread类的对象，此对象即为一个线程
            Thread myth1 = new Thread(th1);
            Thread myth2 = new Thread(th2);
            // 调用start()方法，启动线程并执行run()方法
            myth1.start();
            myth2.start();
    }
}

通过Callable和Future创建线程

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class CallableThreadTest implements Callable<Integer>
{
@Override
public Integer call() throws Exception{
    int i = 0;
    for(;i<100;i++){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+i);
    }
    return i;
}

public static void main(String[] args){
    CallableThreadTest ctt = new CallableThreadTest();
    FutureTask ft = new FutureTask<>(ctt);
    for(int i = 0;i < 100;i++){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 的循环变量i的值"+i);
        if(i==20){
            new Thread(ft,"有返回值的线程").start();
        }
    }
    try{
        System.out.println("子线程的返回值："+ft.get());
    } catch (InterruptedException e){
        e.printStackTrace();
    } catch (ExecutionException e){
        e.printStackTrace();
    }
}
}

三种创建多线程方法的对比

1、采用实现Runnable、Callable接口的方式创建多线程时，线程类只是实现了Runnable接口或Callable接口，还可以继承其他类。缺点是编程稍微复杂，如果要访问当前线程，则必须使用Thread.currentThread()方法。

2、使用继承Thread类的方式创建多线程时，编写简单，如果需要访问当前线程，则无需使用Thread.currentThread()方法，直接使用this即可获得当前线程。缺点是线程类已经继承了Thread类，所以不能再继承其他父类。

3、Runnable和Callable的区别

(1) Callable规定重写call()，Runnable重写run()。

(2) Callable的任务执行后可返回值，而Runnable的任务是不能返回值的。

(3) call方法可以抛出异常，run方法不可以。

(4) 运行Callable任务可以拿到一个Future对象，表示异步计算的结果。它提供了检查计算是否完成的方法，以等待计算的完成，并检索计算的结果。通过Future对象可以了解任务执行情况，可取消任务的执行，还可获取执行结果。

线程池

如果并发的线程数量很多，并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率，因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。线程池的产生和数据库的连接池类似，系统启动一个线程的代价是比较高昂的，如果在程序启动的时候就初始化一定数量的线程，放入线程池中，在需要是使用时从池子中去，用完再放回池子里，这样能大大的提高程序性能，再者，线程池的一些初始化配置，也可以有效的控制系统并发的数量，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下。

通过Executors工具类可以创建各种类型的线程池，如下为常见的四种：

<1>理解线程池，先从阻塞队列学习

入队：

非阻塞队列：当队列中满了的时候，放入数据，数据丢失

阻塞队列：当队列满了的时候，进行等待，什么时候队列中有出队的数据，那么新数据再插入进去

出队：

非阻塞队列：如果现在队列中没有元素，取数据，得到的是null

阻塞队列：等待，什么时候放进去，再把数据取出来

线程池用的是阻塞队列，用到的重要类是如下类

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

几种常见的线程池都是通过Executors生成的，有四种，如下所示

可缓存线程池 newCachedThreadPool ：大小不受限，当线程释放时，可重用该线程；

public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue(),
                                  threadFactory);
}

定长线程池（核心线程数与最大线程数相等） newFixedThreadPool ：大小固定，无可用线程时，任务需等待，直到有可用线程；

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue());
}

定时线程池 newSingleThreadExecutor ：创建一个单线程，任务会按顺序依次执行；

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

单例线程池：（核心线程数与最大线程数都为1） newScheduledThreadPool：创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue()));
}

使用线程池的好处

减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
运用线程池能有效的控制线程最大并发数，可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。
对线程进行一些简单的管理，比如：延时执行、定时循环执行的策略等，运用线程池都能进行很好的实现

线程池都有哪几种工作队列

1、ArrayBlockingQueue 是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。

2、LinkedBlockingQueue 一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO （先进先出）排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列

3、SynchronousQueue 一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。

4、PriorityBlockingQueue 一个具有优先级的无限阻塞队列。

什么是乐观锁和悲观锁

（1）乐观锁：很乐观，每次去拿数据的时候都认为别人不会修改，所以不会上锁，但是在更新的时候会去判断在此期间有没有人去更新这个数据（可以使用版本号等机制）。如果因为冲突失败就重试。乐观锁适用于写比较少的情况下，即冲突比较少发生，这样可以省去了锁的开销，加大了系统的整个吞吐量。像数据库提供的类似于write_condition机制，其实都是提供的乐观锁。在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。

（2）悲观锁：总是假设最坏的情况，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，因此每次拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会阻塞直到它拿到锁，效率比较低。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制，比如行锁，表锁等，读锁，写锁等，都是在做操作之前先上锁。再比如Java里面的同步原语synchronized关键字的实现也是悲观锁。

乐观锁的实现方式（CAS）

乐观锁的实现主要就两个步骤：冲突检测和数据更新。其实现方式有一种比较典型的就是 Compare and Swap ( CAS )。CAS：CAS是乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。CAS 操作中包含三个操作数 —— 需要读写的内存位置（V）、进行比较的预期原值（A）和拟写入的新值(B)。如果内存位置V的值与预期原值A相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值B。否则处理器不做任何操作。无论哪种情况，它都会在 CAS 指令之前返回该位置的值。（在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功，而不提取当前值。）CAS 有效地说明了“ 我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。”这其实和乐观锁的冲突检查+数据更新的原理是一样的。

乐观锁是一种思想，CAS是这种思想的一种实现方式。

CAS的缺点

ABA问题

如果内存地址V初次读取的值是A，并且在准备赋值的时候检查到它的值仍然为A，那我们就能说它的值没有被其他线程改变过了吗？如果在这段期间它的值曾经被改成了B，后来又被改回为A，那CAS操作就会误认为它从来没有被改变过。这个漏洞称为CAS操作的“ABA”问题。ava并发包为了解决这个问题，提供了一个带有标记的原子引用类“AtomicStampedReference”，它可以通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。因此，在使用CAS前要考虑清楚“ABA”问题是否会影响程序并发的正确性，如果需要解决ABA问题，改用传统的互斥同步可能会比原子类更高效。

这样说或许有些抽象，我们来看一个例子：

1.在内存地址V当中，存储着值为10的变量。

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