高级java必会系列一：多线程的简单使用

众所周知，开启线程2种方法：第一是实现Runable接口，第二继承Thread类。（当然内部类也算...）常用的，这里就不再赘述。

一、线程池

1.newCachedThreadPool

(1)缓存型池子，先查看池中有没有以前建立的线程，如果有，就reuse，如果没有，就建立一个新的线程加入池中；

(2)缓存型池子，通常用于执行一些生存周期很短的异步型任务；因此一些面向连接的daemon型server中用得不多；

(3)能reuse的线程，必须是timeout IDLE内的池中线程，缺省timeout是60s,超过这个IDLE时长，线程实例将被终止及移出池。

(4)注意，放入CachedThreadPool的线程不必担心其结束，超过TIMEOUT不活动，其会自动被终止

2.newFixedThreadPool--本人常用

(1)newFixedThreadPool与cacheThreadPool差不多，也是能reuse就用，但不能随时建新的线程

(2)其独特之处:任意时间点，最多只能有固定数目的活动线程存在，此时如果有新的线程要建立，只能放在另外的队列中等待，直到当前的线程中某个线程终止直接被移出池子

(3)和cacheThreadPool不同，FixedThreadPool没有IDLE机制（可能也有，但既然文档没提，肯定非常长，类似依赖上层的TCP或UDP IDLE机制之类的），所以FixedThreadPool多数针对一些很稳定很固定的正规并发线程，多用于服务器

(4)从方法的源代码看，cache池和fixed 池调用的是同一个底层池，只不过参数不同:
  　　　　fixed池线程数固定，并且是0秒IDLE（无IDLE）
  　　　　cache池线程数支持0-Integer.MAX_VALUE(显然完全没考虑主机的资源承受能力），60秒IDLE

3.ScheduledThreadPool

（1）调度型线程池

（2）这个池子里的线程可以按schedule依次delay执行，或周期执行

4.SingleThreadExecutor

（1）单例线程，任意时间池中只能有一个线程

（2）用的是和cache池和fixed池相同的底层池，但线程数目是1-1,0秒IDLE（无IDLE）

二、常用线程调度类

1.wait、notify、notifyAll-----不建议新手直接使用

顾名思义，wait是等待，notify是通知一个等待线程、notifyAll唤醒所有等待线程。

2.CountDownLatch----很适合用来将一个任务分为n个独立的部分，等这些部分都完成后继续接下来的任务

隶属于java.util.concurrent包。CountDownLatch类是一个同步计数器,构造时传入int参数,该参数就是计数器的初始值，每调用一次countDown()方法，计数器减1,计数器大于0 时，await()方法会阻塞程序继续执行.当多个线程达到预期时（latch.countDown()），唤醒多个其他等待中的线程，即执行latch.await()后面的代码。样例是，张三、李四合作完成任务，张三5秒，李四8秒，当张三李四都完成后，总任务结束。代码如下：

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchDemo {
    final static SimpleDateFormat sdf=new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); 

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        CountDownLatch latch=new CountDownLatch(2);//两个工人的协作
        Worker worker1=new Worker("张三", 5000, latch);
        Worker worker2=new Worker("李四", 8000, latch);
        worker1.start();
        worker2.start();
        latch.await();//阻塞！等待所有工人完成工作
        System.out.println("all work done at "+sdf.format(new Date()));
    }  

    static class Worker extends Thread{
        String workerName;
        int workTime;
        CountDownLatch latch;
        public Worker(String workerName ,int workTime ,CountDownLatch latch){
             this.workerName=workerName;
             this.workTime=workTime;
             this.latch=latch;
        } 

        public void run(){
            System.out.println("Worker "+workerName+" do work begin at "+sdf.format(new Date()));
            doWork();//工作了
            System.out.println("Worker "+workerName+" do work complete at "+sdf.format(new Date()));
            latch.countDown();//工人完成工作，计数器减一  

        }  

        private void doWork(){
            try {
                Thread.sleep(workTime);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

-----------------------------------------------
Worker 李四 do work begin at 2016-11-02 18:25:28
Worker 张三 do work begin at 2016-11-02 18:25:28
Worker 张三 do work complete at 2016-11-02 18:25:33
Worker 李四 do work complete at 2016-11-02 18:25:36
all work done at 2016-11-02 18:25:36

测试可见，张三李四共同协作完成。

3.CyclicBarrier----适合多线程循环到达屏障后再执行

字面意思循环屏障，可理解为栅栏，协同多个线程都执行到barrier.await时，如果构造CyclicBarrier barrier=new CyclicBarrier(2, Runnable)时，第一个参数代码线程数，如果有第二参Runnable,那么所有线程都await时，先执行Runnable，再各自执行await后续的代码。

CyclicBarrier和CountDownLatch区别：

1.CountDownLatch在多个线程都执行完毕latch.countDown后唤醒await线程，多个countDown子线程在执行完countDown后可继续执行后续代码。

2.CyclicBarrier可循环使用，CountDownLatch只1次。见代码示例：

3.CountDownLatch需要latch.countDown和latch.await()配合使用。CyclicBarrier就一个barrier.await。

下面举例：鸟、鱼2个线程同时运行问题。

 package study.thread;

 import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
 import java.util.concurrent.CyclicBarrier;  

 /**
  * 循环栅栏（屏障）
  * 问题：一个池塘，有很多鸟和很多鱼，鸟每分钟产生一个后代，鱼每30秒钟产生2个后代。
  * 鸟每10秒钟要吃掉一条鱼。建一个池塘，初始化一些鱼和鸟，看看什么时候鸟把鱼吃光。
  *
  */
 public class CyclicBarrierDemo {  

     long time ;
     long birdNum ;
     long fishNum ;
     Object lock = new Object() ;
     CyclicBarrier barrier  ;  

     public CyclicBarrierDemo(long birdNum , long fishNum){
         this.birdNum = birdNum ;
         this.fishNum = fishNum ;
     }  

     /**
      * 入口
      * @param args
      */
     public static void main(String[] args) {
         //构造demo,初始化5只秒，20条鱼
         CyclicBarrierDemo bf = new CyclicBarrierDemo(5 , 20) ;
         //生态圈开启
         bf.start();
     }  

     //生态圈开启
     public void start(){
         //构造鱼，鸟，时间线
         FishThread fish = new FishThread() ;
         BirdThread bird = new BirdThread() ;
         TimeLine tl = new TimeLine() ;  

         //初始化环形屏障，当barrier对象的await方法被调用两次之后，将会执行tl线程
         barrier = new CyclicBarrier(2, tl) ;//这里要注意第一个参数，如果大于调用await的线程数，会死锁。  

         //鱼、鸟动起来
         fish.start();
         bird.start();  

     }  

     public void printInfo(String source){
         System.out.printf(source+"time[%d]:birdNum[%d] ,fishNum[%d]\n" ,time , birdNum , fishNum);
     }  

     private class TimeLine implements Runnable {
         @Override
         public void run() { //所有子任务都调用了await方法后，将会执行该方法， 然后所有子线程继续执行
             System.out.println("TimeLine start!");
             //如果鱼数量<=0,结束程序
             if(fishNum <= 0){
                 System.exit(-1);
             }
             //时间加10秒
             time += 10 ;
             System.out.println("TimeLine end，时间加10秒！");
         }
     }  

     private class FishThread extends Thread {
         @Override
         public void run() {
             //循环
             while(true){
                 try {
                     System.out.println("鱼已经就位！到达await!");
                     barrier.await() ;   //进入睡眠， 等待所有子任务都进入睡眠  然后再继续
                 } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 synchronized (lock) {
                     //鱼每30秒钟产生2个后代
                     if(time % 30 == 0){
                         fishNum += fishNum * 2;
                         printInfo("鱼动作执行！");
                     }
                 }
             }
         }
     }  

     private class BirdThread extends Thread{
         @Override
         public void run() {
             //循环
             while(true){
                 try {
                     System.out.println("鸟已经就位！到达await!");
                     barrier.await() ;  //进入睡眠， 等待所有子任务都进入睡眠  然后再继续
                 } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
                     e.printStackTrace();
                 }
                 synchronized (lock) {
                     //鸟每10秒钟要吃掉一条鱼
                     if(time % 10 == 0){
                         fishNum = fishNum >= birdNum ? fishNum - birdNum : 0 ;
                         //鸟每分钟产生一个后代
                         if(time % 60 == 0){
                             birdNum += birdNum ;
                         }
                         printInfo("鸟动作执行！");
                     }
                 }  

             }  

         }  

     }  

 }  

4.Semaphore---通过控制操作系统的信号量数目来控制并发，比控制线程并发数粒度更细。

管理固定数值的信号量，用以控制并发的数量。把需要并发的代码放在acquire、release之间即可。acquire获取信号，release释放信号。如果Semaphore管理一个信号量，就是互斥锁。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;

public class SemaphoreTest {

     public static void main(String[] args) {
        // 线程池
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        // 只能5个线程同时访问
        final Semaphore semp = new Semaphore(5);
        // 模拟20个客户端访问
        for (int index = 0; index < 20; index++) {
            final int NO = index;
            Runnable run = new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        //获取许可
                        semp.acquire();
                        System.out.println("Accessing: " + NO);
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    } finally{
                        //释放
                        semp.release();
　　　　　　　　　　　　　　System.out.println("-----------------"+semp.availablePermits());
                    }
                }
            };
            exec.execute(run);
        }
        // 退出线程池
        exec.shutdown();
    }
}

5.Exchanger

用于两个线程之间进行数据交换，先执行exchanger.exchange()的线程等待后来的线程到达，然后交换数据，最后再继续向下执行。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Exchanger;

/**
 *
 * @ClassName: ExchangerDemo
 * @Description: 用于两个线程之间进行数据交换，先执行exchanger.exchange()的线程等待后来的线程到达，然后交换数据，最后再继续向下执行。
 * @author denny.zhang
 * @date 2016年11月4日 下午1:27:29
 *
 */
public class ExchangerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        final Exchanger<List<Integer>> exchanger = new Exchanger<List<Integer>>();

        new Thread(){
            public void run(){
                List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
                list.add(1);
                list.add(2);
                try {
                    list = exchanger.exchange(list);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Thread1"+list);
            }
        }.start();

        new Thread(){
            public void run(){
                List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
                list.add(3);
                list.add(4);
                try {
                    list = exchanger.exchange(list);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Thread2"+list);
            }
        }.start();
    }
}

6.Future和FutrueTask---常用！

Future是接口，FutrueTask是接口实现类。场景：多线程并发执行，返回结果放进list.

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

/**
 *
 * @ClassName: FutureDemo
 * @Description: Future
 * @author denny.zhang
 * @date 2016年11月4日 下午1:50:32
 *
 */
public class FutureDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        //结果集
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        //开启多线程
        ExecutorService exs = Executors.newFixedThreadPool(3);
        List<Future<Integer>> futureList = new ArrayList<Future<Integer>>();
        //启动线程池，固定线程数为3
        for(int i=0;i<3;i++){
            //提交任务，添加返回
            futureList.add(exs.submit(new Callable<Integer>() {
                @Override
                public Integer call() throws Exception {
                    return 1;
                }
            }));
        }
        //结果归集
        for (Future<Integer> future : futureList) {
            while (true) {
                if (future.isDone()&& !future.isCancelled()) {
                    Integer i = future.get();
                    list.add(i);
                    break;
                } else {
                    Thread.sleep(100);
                }
            }
        }
        System.out.println("list="+list);
    }
}

返回：list=[1, 1, 1]

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参考：

《大型网站系统与java中间件实践》