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Java多線程的開(kāi)發(fā)技巧
導(dǎo)語(yǔ)：很多開(kāi)發(fā)者談到Java多線程開(kāi)發(fā)，僅僅停留在new Thread(…).start()或直接使用Executor框架這個(gè)層面，對(duì)于線程的管理和控制卻不夠深入，下面是 Java多線程的開(kāi)發(fā)技巧，一起來(lái)學(xué)習(xí)下吧：
不使用線程池的缺點(diǎn)
有些開(kāi)發(fā)者圖省事，遇到需要多線程處理的地方，直接new Thread(…).start()，對(duì)于一般場(chǎng)景是沒(méi)問(wèn)題的，但如果是在并發(fā)請(qǐng)求很高的情況下，就會(huì)有些隱患：
1. 新建線程的開(kāi)銷(xiāo)。線程雖然比進(jìn)程要輕量許多，但對(duì)于JVM來(lái)說(shuō)，新建一個(gè)線程的代價(jià)還是挺大的，決不同于新建一個(gè)對(duì)象。
2. 資源消耗量。沒(méi)有一個(gè)池來(lái)限制線程的數(shù)量，會(huì)導(dǎo)致線程的數(shù)量直接取決于應(yīng)用的并發(fā)量，這樣有潛在的線程數(shù)據(jù)巨大的可能，那么資源消耗量將是巨大的。
3. 穩(wěn)定性。當(dāng)線程數(shù)量超過(guò)系統(tǒng)資源所能承受的程度，穩(wěn)定性就會(huì)成問(wèn)題。
制定執(zhí)行策略
在每個(gè)需要多線程處理的地方，不管并發(fā)量有多大，需要考慮線程的執(zhí)行策略：
1. 任務(wù)以什么順序執(zhí)行
2. 可以有多少個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行
3. 可以有多少個(gè)任務(wù)進(jìn)入等待執(zhí)行隊(duì)列
4. 系統(tǒng)過(guò)載的時(shí)候，應(yīng)該放棄哪些任務(wù)?如何通知到應(yīng)用程序?
5. 一個(gè)任務(wù)的執(zhí)行前后應(yīng)該做什么處理
線程池的類(lèi)型
不管是通過(guò)Executors創(chuàng)建線程池，還是通過(guò)Spring來(lái)管理，都得清楚知道有哪幾種線程池：
FixedThreadPool：定長(zhǎng)線程池，提交任務(wù)時(shí)創(chuàng)建線程，直到池的最大容量，如果有線程非預(yù)期結(jié)束，會(huì)補(bǔ)充新線程
CachedThreadPool：可變線程池，它猶如一個(gè)彈簧，如果沒(méi)有任務(wù)需求時(shí)，它回收空閑線程，如果需求增加，則按需增加線程，不對(duì)池的大小做限制
SingleThreadExecutor：?jiǎn)尉�程。處理不過(guò)來(lái)的任務(wù)會(huì)進(jìn)入FIFO隊(duì)列等待執(zhí)行
SecheduledThreadPool：周期性線程池。支持執(zhí)行周期性線程任務(wù)
其實(shí)，這些不同類(lèi)型的線程池都是通過(guò)構(gòu)建一個(gè)ThreadPoolExecutor來(lái)完成的，所不同的是corePoolSize,maximumPoolSize,keepAliveTime,unit,workQueue,threadFactory這么幾個(gè)參數(shù)。具體可以參見(jiàn)JDK DOC。
線程池飽和策略
由以上線程池類(lèi)型可知，除了CachedThreadPool其他線程池都有飽和的可能，當(dāng)飽和以后就需要相應(yīng)的策略處理請(qǐng)求線程的任務(wù)，ThreadPoolExecutor采取的方式通過(guò)隊(duì)列來(lái)存儲(chǔ)這些任務(wù)，當(dāng)然會(huì)根據(jù)池類(lèi)型不同選擇不同的隊(duì)列，比如FixedThreadPool和SingleThreadExecutor默認(rèn)采用的是無(wú)限長(zhǎng)度的LinkedBlockingQueue。但從系統(tǒng)可控性講，最好的做法是使用定長(zhǎng)的ArrayBlockingQueue或有限的LinkedBlockingQueue，并且當(dāng)達(dá)到上限時(shí)通過(guò)ThreadPoolExecutor.setRejectedExecutionHandler方法設(shè)置一個(gè)拒絕任務(wù)的策略，JDK提供了AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy幾種策略，具體差異可見(jiàn)JDK DOC
線程無(wú)依賴性
多線程任務(wù)設(shè)計(jì)上盡量使得各任務(wù)是獨(dú)立無(wú)依賴的，所謂依賴性可兩個(gè)方面：
線程之間的依賴性。如果線程有依賴可能會(huì)造成死鎖或饑餓
調(diào)用者與線程的依賴性。調(diào)用者得監(jiān)視線程的完成情況，影響可并發(fā)量
當(dāng)然，在有些業(yè)務(wù)里確實(shí)需要一定的依賴性，比如調(diào)用者需要得到線程完成后結(jié)果，傳統(tǒng)的Thread是不便完成的，因?yàn)閞un方法無(wú)返回值，只能通過(guò)一些共享的變量來(lái)傳遞結(jié)果，但在Executor框架里可以通過(guò)Future和Callable實(shí)現(xiàn)需要有返回值的任務(wù)，當(dāng)然線程的異步性導(dǎo)致需要有相應(yīng)機(jī)制來(lái)保證調(diào)用者能等待任務(wù)完成，關(guān)于Future和Callable的用法見(jiàn)下面的實(shí)例就一目了然了：
01 public class FutureRenderer {
02 private final ExecutorService executor = ...;
03 void renderPage(CharSequence source) {
04 final List
05 Callable<list
06 new Callable<list
07 public List
08 List
09 = new ArrayList
10 for (ImageInfo imageInfo : imageInfos)
11 result.add(imageInfo.downloadImage());
12 return result;
13 }
14 };
15 Future<list
16 renderText(source);
17 try {
18 List
19 for (ImageData data : imageData)
20 renderImage(data);
21 } catch (InterruptedException e) {
22 // Re-assert the thread's interrupted status
23 Thread.currentThread().interrupt();
24 // We don't need the result, so cancel the task too
25 future.cancel(true);
26 } catch (ExecutionException e) {
27 throw launderThrowable(e.getCause());
28 }
29 }
30 }
以上代碼關(guān)鍵在于List imageData = future.get();如果Callable類(lèi)型的任務(wù)沒(méi)有執(zhí)行完時(shí)，調(diào)用者會(huì)阻塞等待。不過(guò)這樣的方式還是得謹(jǐn)慎使用，很容易造成不良設(shè)計(jì)。另外對(duì)于這種需要等待的場(chǎng)景，就需要設(shè)置一個(gè)最大容忍時(shí)間timeout，設(shè)置方法可以在 future.get()加上timeout參數(shù)，或是再調(diào)用ExecutorService.invokeAll 加上timeout參數(shù)
線程的取消與關(guān)閉
一般的情況下是讓線程運(yùn)行完成后自行關(guān)閉，但有些時(shí)候也會(huì)中途取消或關(guān)閉線程，比如以下情況：
調(diào)用者強(qiáng)制取消。比如一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)，用戶點(diǎn)擊”cancel”按鈕強(qiáng)行取消
限時(shí)任務(wù)
發(fā)生不可處理的任務(wù)
整個(gè)應(yīng)用程序或服務(wù)的關(guān)閉
因此需要有相應(yīng)的取消或關(guān)閉的方法和策略來(lái)控制線程，一般有以下方法：
1)通過(guò)變量標(biāo)識(shí)來(lái)控制
這種方式比較老土，但使用得非常廣泛，主要缺點(diǎn)是對(duì)有阻塞的操作控制不好，代碼示例如下所示：
01 public class PrimeGenerator implements Runnable {
02 @GuardedBy("this")
03 private final List
04 = new ArrayList
05 private volatile boolean cancelled;
06 public void run() {
07 BigInteger p = BigInteger.ONE;
08 while (!cancelled ) {
09 p = p.nextProbablePrime();
10 synchronized (this) {
11 primes.add(p);
12 }
13 }
14 }
15 public void cancel() { cancelled = true; }
16 public synchronized List
17 return new ArrayList
18 }
19 }
2)中斷
中斷通常是實(shí)現(xiàn)取消最明智的選擇，但線程自身需要支持中斷處理，并且要處理好中斷策略，一般響應(yīng)中斷的方式有兩種：
處理完中斷清理后繼續(xù)傳遞中斷異常(InterruptedException)
調(diào)用interrupt方法，使得上層能感知到中斷異常
3) 取消不可中斷阻塞
存在一些不可中斷的阻塞，比如：
java.io和java.nio中同步讀寫(xiě)IO
Selector的異步IO
獲取鎖
對(duì)于這些線程的取消，則需要特定情況特定對(duì)待，比如對(duì)于socket阻塞，如果要安全取消，則需要調(diào)用socket.close()
4)JVM的關(guān)閉
如果有任務(wù)需要在JVM關(guān)閉之前做一些清理工作，而不是被JVM強(qiáng)硬關(guān)閉掉，可以使用JVM的鉤子技術(shù)，其實(shí)JVM鉤子也只是個(gè)很普通的技術(shù)，也就是用個(gè)map把一些需要JVM關(guān)閉前啟動(dòng)的任務(wù)保存下來(lái)，在JVM關(guān)閉過(guò)程中的某個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)并發(fā)啟動(dòng)這些任務(wù)線程。具體使用示例如下：
1 public void start() {
2 Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {
3 public void run() {
4 try { LogService.this.stop(); }
5 catch (InterruptedException ignored) {}
6 }
7 });
8 }
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