并发编程

1、线程池中提交一个任务的流程是怎样的？

1、提交任务：首先，一个任务被提交到线程池。这个任务通常是一个实现了Runnable或Callable接口的对象；
2、检测线程池状态：线程池会首先检测其运行状态。如果线程池不是RUNNING状态，任务会被直接拒绝
3、核心线程判断：如果当前工作线程数workerCount小于核心线程数corePoolSize，线程池会创建一个新的核心线程来执行提交的任务；
4、阻塞队列判断：如果工作线程数已经达到核心线程数，但线程池内的阻塞队列workQueue还未满，任务会被添加到这个阻塞队列中，等待执行。随后，空闲的核心线程会依次从队列中取出任务来执行；
5、非核心线程判断：如果阻塞队列已满，则入队失败，那么会尝试增加线程，如果当前线程池中线程数小于最大线程数maximumPoolSize， 线程池会创建一个新的非核心线程（也称为临时线程）来执行任务；
6、拒绝策略：如果阻塞队列满了，且工作线程数已达到最大线程数，线程池会根据预设的拒绝策略来处理这个任务。默认的处理方式是直接抛出一个RejectedExecutionException异常，但还有其他策略如CallerRunsPolicy（在调用者线程执行）、DiscardPolicy（任务直接丢弃，不做任何处理）和DiscardOldestPolicy（丢弃队列里最旧的那个任务，再尝试执行当前任务）等。但是这种策略有一个弊端就是任务执行的轨迹不会被记录下来。所以，我们往往需要实现自定义的拒绝策略， 通过实现RejectedExecutionHandler接口的方式。

在整个过程中，线程池会优先使用核心线程来执行任务，其次是阻塞队列，最后是非核心线程。如果所有资源都已经用尽，任务会根据拒绝策略进行处理。

注意，线程池提供了两种主要的方法来执行任务：execute()和submit()。其中，execute()方法用于提交不需要返回值的任务，而submit()方法用于提交一个任务并带有返回值，这个方法将返回一个Future类型对象，可以通过这个返回对象判断任务是否执行成功，并且可以通过future.get()方法来获取返回值。

流程图：

代码：

public void test() {// 定义线程池的参数int corePoolSize = 5; // 核心线程数int maximumPoolSize = 10; // 最大线程数long keepAliveTime = 60L; // 非核心线程的空闲存活时间TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS; // 时间单位BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(100); // 阻塞队列ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory(); // 线程工厂RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy(); // 拒绝策略// 创建线程池ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize,maximumPoolSize,keepAliveTime,unit,workQueue,threadFactory,handler);// 提交任务到线程池executor.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {// 模拟耗时操作System.out.println("nihao");}});}

// 线程池execute()方法源码
public void execute(Runnable command) {if (command == null)throw new NullPointerException();int c = ctl.get();// 当前线程数小于核心线程数if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {// 新创建一个线程if (addWorker(command, true))return;c = ctl.get();}// 如果当前线程数大于核心线程数，则添加到阻塞队列中if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {int recheck = ctl.get();if (! isRunning(recheck) && remove(command))reject(command);else if (workerCountOf(recheck) == 0)addWorker(null, false);}// 如果阻塞队列满了，则创建非核心线程else if (!addWorker(command, false))// 当前线程数是否>=最大线程数，执行拒绝策略reject(command);}

// 创建线程源码
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {retry:for (;;) {int c = ctl.get();int rs = runStateOf(c);if (rs >= SHUTDOWN &&! (rs == SHUTDOWN &&firstTask == null &&! workQueue.isEmpty()))return false;for (;;) {int wc = workerCountOf(c);// 判断当前线程数是否>=最大线程数if (wc >= CAPACITY ||wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))return false;if (compareAndIncrementWorkerCount(c))break retry;c = ctl.get();  // Re-read ctlif (runStateOf(c) != rs)continue retry;}}boolean workerStarted = false;boolean workerAdded = false;ThreadPoolExecutor.Worker w = null;try {w = new ThreadPoolExecutor.Worker(firstTask);final Thread t = w.thread;if (t != null) {final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;mainLock.lock();try {// Recheck while holding lock.// Back out on ThreadFactory failure or if// shut down before lock acquired.int rs = runStateOf(ctl.get());if (rs < SHUTDOWN ||(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {if (t.isAlive()) // precheck that t is startablethrow new IllegalThreadStateException();workers.add(w);int s = workers.size();if (s > largestPoolSize)largestPoolSize = s;workerAdded = true;}} finally {mainLock.unlock();}if (workerAdded) {t.start();workerStarted = true;}}} finally {if (! workerStarted)addWorkerFailed(w);}return workerStarted;}

2、线程池有几种状态？分别是如何变化的？

线程池有五种状态，分别是：

1、Running(运行状态)：
线程池经过初始化后，就进入了运行状态。这个状态下，线程池中的线程开始执行任务，并且会接受新任务、会处理队列中的任务；

2、Shutdown(关闭状态)：
当调用线程池的shutdown()方法后，线程池的状态会变为Shutdown。这个状态下，线程池不会接收新的任务，会处理队列中的任务，任务处理完后会中断所有线程；

3、Stop(停止状态)：
当调用线程池的shutdownNow()方法后，线程池的状态会变为Stop。这个状态下，线程池不会接收新的任务，不会处理队列中的任务，并且会直接中断所有线程；

4、Tidying(整理状态)：
所有的线程都停止了之后，线程池的状态会转变为TIDYING，一旦达到此状态，就会调用线程池的terminated()方法；

5、Terminated(终止状态)：
线程池处于TIDYING状态后，会执行terminated()方法，执行完后就进入Terminated状态。

         RUNNING:  Accept new tasks and process queued tasks*   SHUTDOWN: Don't accept new tasks, but process queued tasks*   STOP:     Don't accept new tasks, don't process queued tasks,*             and interrupt in-progress tasks*   TIDYING:  All tasks have terminated, workerCount is zero,*             the thread transitioning to state TIDYING*             will run the terminated() hook method*   TERMINATED: terminated() has completed

线程池的状态变化通常是通过调用shutdown()或shutdownNow()方法来实现的。当调用shutdown()方法时，线程池的状态会从Running到Shutdown，再到Tidying，最后到Terminated销毁状态。当调用shutdownNow()方法时，线程池的状态会从Running到Stop，再到Tidying，最后到Terminated销毁状态

代码：

// shutdown()方法源码
public void shutdown() {final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;mainLock.lock();try {checkShutdownAccess();// 修改线程池状态为SHUTDOWNadvanceRunState(SHUTDOWN);// 关闭线程interruptIdleWorkers();onShutdown(); // hook for ScheduledThreadPoolExecutor} finally {mainLock.unlock();}// 当线程都关闭后，执行tryTerminate()方法，将线程池的状态修改为TIDYINGtryTerminate();}

// shutdownNow()方法源码
public List<Runnable> shutdownNow() {List<Runnable> tasks;final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;mainLock.lock();try {checkShutdownAccess();// 修改线程池状态为STOP，只修改状态。先修改状态，在关闭线程，防止有新的任务进来advanceRunState(STOP);// 关闭线程interruptWorkers();tasks = drainQueue();} finally {mainLock.unlock();}// 当线程都关闭后，执行tryTerminate()方法，将线程池的状态修改为TIDYINGtryTerminate();return tasks;}

final void tryTerminate() {for (;;) {int c = ctl.get();if (isRunning(c) ||runStateAtLeast(c, TIDYING) ||(runStateOf(c) == SHUTDOWN && ! workQueue.isEmpty()))return;if (workerCountOf(c) != 0) { // Eligible to terminateinterruptIdleWorkers(ONLY_ONE);return;}final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;mainLock.lock();try {// ctlOf(TIDYING, 0) 修改线程池状态为TIDYINGif (ctl.compareAndSet(c, ctlOf(TIDYING, 0))) {try {// 空方法，当线程池都关闭后，如果想要做其他额外处理，可重写此方法进行扩展terminated();} finally {// 修改线程池状态为TERMINATED，最终状态，线程池到此真正关闭ctl.set(ctlOf(TERMINATED, 0));termination.signalAll();}return;}} finally {mainLock.unlock();}// else retry on failed CAS}}

3、如何停止一个线程？

Thread类中有两个方法：
start()：开启一个线程
stop()：停止一个线程
但是stop()方法不建议使用，并且是有可能在未来版本中删除掉的

因为stop()方法太粗暴了，一旦调用了stop()方法，就会直接停掉线程，这样就可能造成严重的问题，比如任务执行到哪一步了？锁释放了吗？等一系列问题。
注意：stop()方法会释放线程占用的synchronized锁，而不会自动释放ReentrantLock锁

public static void main(String[] args) {Object lock = new Object();Thread thread = new Thread(()->{synchronized (lock) {for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println(i);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}});thread.start();try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}thread.stop();synchronized (lock){// 程序能正常打印这条语句，说明线程调用stop()方法会释放synchronized锁System.out.println("拿到锁了");}}

public static void main(String[] args) {ReentrantLock lock = new ReentrantLock();Thread thread = new Thread(() -> {// 加ReentrantLock锁lock.lock();for (int i = 0; i < 100; i++) {System.out.println(i);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}// 释放锁lock.unlock();});thread.start();try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}thread.stop();lock.lock();// 程序不能正常打印这条语句，说明线程调用stop()方法不会释放ReentrantLock锁System.out.println("拿到锁了");lock.unlock();}

正常情况下我们可以使用中断机制(Interrupt)来停止一个线程

Thread类中有interrupt()方法可以来停止线程，interrupt()方法并不是直接停止线程，而是在线程中设置一个中断状态。线程可以使用isInterrupted()方法检查中断状态，并据此决定是否继续执行；

如果线程处于阻塞状态(如sleep()或wait()等)，调用interrupt()会唤醒线程，并抛出InterruptedException异常，同时会清除isInterrupted()方法的中断状态，重新置为false;

另外，线程池中也是通过interrupt()来停止线程的，比如shutdownNow()方法中就会调用

public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 100; i++) {// 由当前线程决定是否中断线程if (Thread.currentThread().isInterrupted() && i > 50) {break;}// 打印到50线程被就中止掉System.out.println(i);}});thread.start();// 中断线程thread.interrupt();System.out.println("end");}

public static void main(String[] args) {Thread thread = new Thread(() -> {for (int i = 0; i < 100; i++) {// 由当前线程决定是否中断线程if (Thread.currentThread().isInterrupted() && i > 50) {break;}System.out.println(i);try {// 当线程存在阻塞状态，会清除中止状态，这里会打印到99Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {
//                    e.printStackTrace();}}});thread.start();// 中断线程thread.interrupt();System.out.println("end");}