139.【JUC并发编程-04】

JUC-并发编程04

(八)、共享模型之工具
- 1.线程池
- - - (1).自定义线程池_任务数小于队列容量
    - (2).自定义线程池_任务数大于队列容量
    - (3).自定义线程池_拒绝策略
- 2.ThreadPoolExecutor
- - - (1).线程池状态
    - (2).构造方法
    - (3).newFixedThreadPool (固定大小线程池)
    - (4).newCachedThreadPool (缓存线程池)
    - (5). newSingleThreadExecutor (单线程线程池)
    - (6).提交任务
    - (7).关闭线程池
- 3.异步模式之工作线程
- - - (1). 定义
    - (2).饥饿线程
    - (3).饥饿线程_解决
    - (4).创建多少线程池合适
- 4.任务调度线程池
- - - (1).Timer 实现定时任务
    - (2).newScheduledThreadPool (延迟线程池)
    - (3).newScheduledThreadPool (定时线程池)
    - (4).正确处理线程池异常
    - (5).定时任务测试
- 5. Tomcat 线程池
- - - (1).Tomcat 在哪里用到了线程池呢
    - (2).Tomcat 配置
- 6.Fork/join
- - - (1).任务拆分概念
    - (2).任务拆分举例
    - (3).任务拆分优化
(九)、JUC
- 1.AQS原理
- - - (1).aqs概述
    - (2).自定义锁
(十)、 ReentrantLock 原理
- 1.非公平锁实现原理
- - - (1).加锁解锁流程
(十一)、线程安全集合类概述
- 1.概述

(八)、共享模型之工具

1.线程池

线程是十分消耗资源的，假如说线程数大于CPU核定的线程数的话。那么性能将会受到严重的影响，建立线程池可以解决这个问题!!!

(1).自定义线程池_任务数小于队列容量

在这里插入图片描述

步骤1: 阻塞队列

// 阻塞队列
class BlockingQueue<T> {// 1. 任务队列:private Deque<T> queue = new ArrayDeque<>();// 2. 锁ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 3.生产者条件变量private Condition fullWaitSet = lock.newCondition();// 4.消费者条件变量private Condition emptyWaitSet = lock.newCondition();// 5.容量private int capacity;public BlockingQueue(int capacity) {this.capacity = capacity;}// 6.带超时的阻塞获取public T poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {lock.lock();  // 1.获取元素的时候先进行加锁的操作try {// 将超时时间统一转换为纳秒long nanos = unit.toNanos(timeout);while (queue.isEmpty()) {  // 2.假如说任务队列是空的// ⭐⭐ 假如时间超了的话，那么我们就返回nullif (nanos <= 0) {return null;}nanos = emptyWaitSet.awaitNanos(nanos); // 3.消费者进行阻塞等待，切记这里一定进行重赋值一下}T t = queue.removeFirst();//4.不为空的话，就进行消费return t;} finally {lock.unlock();}}// 阻塞获取public T tack() {lock.lock();  // 1.获取元素的时候先进行加锁的操作try {while (queue.isEmpty()) {  // 2.假如说任务队列是空的try {emptyWaitSet.await(); // 3.消费者进行等待} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}T t = queue.removeFirst();//4.不为空的话，就进行消费return t;} finally {lock.unlock();}}// 阻塞添加public void put(T element) {lock.lock();try {while (queue.size() == capacity) {  // 队列长度是否等于容量,假如说满的话fullWaitSet.await();  // 服务者唤醒}queue.add(element);  // 向队列中添加} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}// 获取队列大小public int size() {lock.lock();try {return queue.size();} finally {lock.unlock();}}}

步骤二:线程池类

//线程池类
@Slf4j(topic = "c.ThreadPool")
class ThreadPool {// 1.任务队列private BlockingQueue<Runnable> taskQueue;// 2.线程集合private HashSet<Worker> workers = new HashSet<>();// 3.核心线程数private int coreSize;// 4.获取任务的超时时间private long timeout;// 5.时间单位private TimeUnit timeUnit;// 6.执行任务public void execute(Runnable task) {// 当任务数没有超过 cpu的核心线程数的时候，直接交给 worker 执行。// 如果任务数超过 cpu的核心线程数的时候， 加入任务队列暂存。synchronized (workers) {if (workers.size() < coreSize) {Worker worker = new Worker(task);log.debug("新增 worker{},任务队列为{}",worker,task);workers.add(worker);worker.start();} else {log.debug("加入任务队列 {}",task);taskQueue.put(task);}}}public ThreadPool(int coreSize, long timeout, TimeUnit timeUnit, int queueCapacity) {this.coreSize = coreSize;this.timeout = timeout;this.timeUnit = timeUnit;this.taskQueue = new BlockingQueue<>(queueCapacity);}class Worker extends Thread {// 任务线程private Runnable task;public Worker(Runnable task) {this.task = task;}@Overridepublic void run() {// 执行任务// (1).当 task 不为空，执行任务// (2).当 task 执行完毕，再接着从任务队列获取任务并执行while (task != null || (task = taskQueue.tack()) != null) {try {log.debug("正在执行.... {}",task);task.run();} finally {task = null;}}synchronized (workers){log.debug("worker 被移除{}",this);workers.remove(this);   // 假如说执行完毕的话，需要移除}}}
}

步骤三: 测试执行

@Slf4j(topic = "c.test17")
public class Test17 {public static void main(String[] args) {ThreadPool threadPool = new ThreadPool(2, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, 10);for (int i = 0; i < 5; i++) {int j = i;threadPool.execute(()->{log.debug("{}",j);});}}
}

线程执行完毕之后，我们仍然处于死等的状态!!!

在这里插入图片描述

设置有时限的线程池

设置有时间限制的线程池:

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.sql.Connection;
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
import java.util.HashSet;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/20 17:19* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: Test17* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.test17")
public class Test17 {public static void main(String[] args) {ThreadPool threadPool = new ThreadPool(2, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, 10);for (int i = 0; i < 5; i++) {int j = i;threadPool.execute(() -> {log.debug("{}", j);});}}
}// ****************************阻塞队列@Slf4j(topic = "c.BlockingQueue")
// 阻塞队列
class BlockingQueue<T> {// 1. 任务队列:private Deque<T> queue = new ArrayDeque<>();// 2. 锁ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 3.生产者条件变量private Condition fullWaitSet = lock.newCondition();// 4.消费者条件变量private Condition emptyWaitSet = lock.newCondition();// 5.容量private int capacity;public BlockingQueue(int capacity) {this.capacity = capacity;}// 6.带超时的阻塞获取public T poll(long timeout, TimeUnit unit)  {lock.lock();  // 1.获取元素的时候先进行加锁的操作try {// 将超时时间统一转换为纳秒long nanos = unit.toNanos(timeout);while (queue.isEmpty()) {  // 2.假如说任务队列是空的// ⭐⭐ 假如时间超了的话，那么我们就返回nullif (nanos <= 0) {return null;}try {nanos = emptyWaitSet.awaitNanos(nanos); // 3.消费者进行阻塞等待，切记这里一定进行重赋值一下} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}T t = queue.removeFirst();//4.不为空的话，就进行消费return t;} finally {lock.unlock();}}// 阻塞获取public T tack() {lock.lock();  // 1.获取元素的时候先进行加锁的操作try {while (queue.isEmpty()) {  // 2.假如说任务队列是空的try {emptyWaitSet.await(); // 3.消费者进行等待} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}T t = queue.removeFirst();//4.不为空的话，就进行消费return t;} finally {lock.unlock();}}// 阻塞添加public void put(T element) {lock.lock();try {while (queue.size() == capacity) {  // 队列长度是否等于容量,假如说满的话fullWaitSet.await();  // 服务者唤醒}queue.add(element);  // 向队列中添加} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}// 获取队列大小public int size() {lock.lock();try {return queue.size();} finally {lock.unlock();}}}// ****************************线程池//线程池类
@Slf4j(topic = "c.ThreadPool")
class ThreadPool {// 1.任务队列private BlockingQueue<Runnable> taskQueue;// 2.线程集合private HashSet<Worker> workers = new HashSet<>();// 3.核心线程数private int coreSize;// 4.获取任务的超时时间private long timeout;// 5.时间单位private TimeUnit timeUnit;// 6.执行任务public void execute(Runnable task) {// 当任务数没有超过 cpu的核心线程数的时候，直接交给 worker 执行。// 如果任务数超过 cpu的核心线程数的时候， 加入任务队列暂存。synchronized (workers) {if (workers.size() < coreSize) {Worker worker = new Worker(task);log.debug("新增 worker{},任务队列为{}", worker, task);workers.add(worker);worker.start();} else {log.debug("加入任务队列 {}", task);taskQueue.put(task);}}}public ThreadPool(int coreSize, long timeout, TimeUnit timeUnit, int queueCapacity) {this.coreSize = coreSize;this.timeout = timeout;this.timeUnit = timeUnit;this.taskQueue = new BlockingQueue<>(queueCapacity);}class Worker extends Thread {// 任务线程private Runnable task;public Worker(Runnable task) {this.task = task;}@Overridepublic void run() {// 执行任务// (1).当 task 不为空，执行任务// (2).当 task 执行完毕，再接着从任务队列获取任务并执行
//            while (task != null || (task = taskQueue.tack()) != null) {// ⭐⭐⭐ 设置有时限的线程池while (task != null || (task = taskQueue.poll(1000,TimeUnit.MILLISECONDS)) != null) {try {log.debug("正在执行.... {}", task);task.run();} finally {task = null;}}synchronized (workers) {log.debug("worker 被移除{}", this);workers.remove(this);   // 假如说执行完毕的话，需要移除}}}
}

在这里插入图片描述

(2).自定义线程池_任务数大于队列容量

线程数为15，而队列的长度只有10个!!!

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.sql.Connection;
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
import java.util.HashSet;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/20 17:19* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: Test17* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.test17")
public class Test17 {public static void main(String[] args) {ThreadPool threadPool = new ThreadPool(2, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, 10);for (int i = 0; i < 15; i++) {   // ⭐开启的线程为15个，而容量只有10个int j = i;threadPool.execute(() -> {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("{}", j);});}}
}// **************************** 阻塞队列@Slf4j(topic = "c.BlockingQueue")
// 阻塞队列
class BlockingQueue<T> {// 1. 任务队列:private Deque<T> queue = new ArrayDeque<>();// 2. 锁ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 3.生产者条件变量private Condition fullWaitSet = lock.newCondition();// 4.消费者条件变量private Condition emptyWaitSet = lock.newCondition();// 5.容量private int capacity;public BlockingQueue(int capacity) {this.capacity = capacity;}// 6.带超时的阻塞获取public T poll(long timeout, TimeUnit unit)  {lock.lock();  // 1.获取元素的时候先进行加锁的操作try {// 将超时时间统一转换为纳秒long nanos = unit.toNanos(timeout);while (queue.isEmpty()) {  // 2.假如说任务队列是空的// 假如时间超了的话，那么我们就返回nullif (nanos <= 0) {return null;}try {nanos = emptyWaitSet.awaitNanos(nanos); // 3.消费者进行阻塞等待，切记这里一定进行重赋值一下} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}T t = queue.removeFirst();//4.不为空的话，就进行消费return t;} finally {lock.unlock();}}// 阻塞获取public T tack() {lock.lock();  // 1.获取元素的时候先进行加锁的操作try {while (queue.isEmpty()) {  // 2.假如说任务队列是空的try {emptyWaitSet.await(); // 3.消费者进行等待} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}T t = queue.removeFirst();//4.不为空的话，就进行消费return t;} finally {lock.unlock();}}// 阻塞添加public void put(T element) {lock.lock();try {while (queue.size() == capacity) {  // 队列长度是否等于容量,假如说满的话log.debug("线程池满了....等待加入队列中...... {}", element);fullWaitSet.await();  // 服务者唤醒}log.debug("加入任务队列 {}", element);queue.add(element);  // 向队列中添加emptyWaitSet.signal();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}// 获取队列大小public int size() {lock.lock();try {return queue.size();} finally {lock.unlock();}}}// **************************** 线程池//线程池类
@Slf4j(topic = "c.ThreadPool")
class ThreadPool {// 1.任务队列private BlockingQueue<Runnable> taskQueue;// 2.线程集合private HashSet<Worker> workers = new HashSet<>();// 3.核心线程数private int coreSize;// 4.获取任务的超时时间private long timeout;// 5.时间单位private TimeUnit timeUnit;// 6.执行任务public void execute(Runnable task) {// 当任务数没有超过 cpu的核心线程数的时候，直接交给 worker 执行。// 如果任务数超过 cpu的核心线程数的时候， 加入任务队列暂存。synchronized (workers) {if (workers.size() < coreSize) {Worker worker = new Worker(task);log.debug("新增 worker{},任务队列为{}", worker, task);workers.add(worker);worker.start();} else {taskQueue.put(task);}}}public ThreadPool(int coreSize, long timeout, TimeUnit timeUnit, int queueCapacity) {this.coreSize = coreSize;this.timeout = timeout;this.timeUnit = timeUnit;this.taskQueue = new BlockingQueue<>(queueCapacity);}class Worker extends Thread {// 任务线程private Runnable task;public Worker(Runnable task) {this.task = task;}@Overridepublic void run() {// 执行任务// (1).当 task 不为空，执行任务// (2).当 task 执行完毕，再接着从任务队列获取任务并执行
//            while (task != null || (task = taskQueue.tack()) != null) {// while (task != null || (task = taskQueue.poll(1000,TimeUnit.MILLISECONDS)) != null) {try {log.debug("正在执行.... {}", task);task.run();} finally {task = null;}}synchronized (workers) {log.debug("worker 被移除{}", this);workers.remove(this);   // 假如说执行完毕的话，需要移除}}}
}

在这里插入图片描述

(3).自定义线程池_拒绝策略

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;import java.sql.Connection;
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
import java.util.HashSet;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/20 17:19* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: Test17* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.test17")
public class Test17 {public static void main(String[] args) {ThreadPool threadPool = new ThreadPool(1, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, 1,(queue,element)->{// (1).死等 ⭐
//            queue.put(element);// (2).带超时等待 ⭐⭐
//            queue.offer(element,500,TimeUnit.MILLISECONDS);// (3).放弃任务的执行 ⭐⭐⭐
//            log.debug("放弃{}",element);// (4).抛出异常 ⭐⭐⭐⭐
//            try {
//                throw new RunnerException("任务执行失败"+element);
//            } catch (RunnerException e) {
//                e.printStackTrace();
//            }// (5).让调用者自己执行任务 ⭐⭐⭐⭐⭐
//            element.run();});for (int i = 0; i < 3; i++) {   // 开启的线程为15个，而容量只有10个int j = i;threadPool.execute(() -> {try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("{}", j);});}}
}// **************************** 阻塞队列@Slf4j(topic = "c.BlockingQueue")
// 阻塞队列
class BlockingQueue<T> {// 1. 任务队列:private Deque<T> queue = new ArrayDeque<>();// 2. 锁ReentrantLock lock = new ReentrantLock();// 3.生产者条件变量private Condition fullWaitSet = lock.newCondition();// 4.消费者条件变量private Condition emptyWaitSet = lock.newCondition();// 5.容量private int capacity;public BlockingQueue(int capacity) {this.capacity = capacity;}// 6.带超时的阻塞获取public T poll(long timeout, TimeUnit unit) {lock.lock();  // 1.获取元素的时候先进行加锁的操作try {// 将超时时间统一转换为纳秒long nanos = unit.toNanos(timeout);while (queue.isEmpty()) {  // 2.假如说任务队列是空的// ⭐⭐ 假如时间超了的话，那么我们就返回nullif (nanos <= 0) {return null;}try {nanos = emptyWaitSet.awaitNanos(nanos); // 3.消费者进行阻塞等待，切记这里一定进行重赋值一下} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}T t = queue.removeFirst();//4.不为空的话，就进行消费return t;} finally {lock.unlock();}}// 阻塞获取public T tack() {lock.lock();  // 1.获取元素的时候先进行加锁的操作try {while (queue.isEmpty()) {  // 2.假如说任务队列是空的try {emptyWaitSet.await(); // 3.消费者进行等待} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}T t = queue.removeFirst();//4.不为空的话，就进行消费return t;} finally {lock.unlock();}}// 阻塞添加public void put(T element) {lock.lock();try {while (queue.size() == capacity) {  // 队列长度是否等于容量,假如说满的话log.debug("线程池满了....等待加入队列中...... {}", element);fullWaitSet.await();  // 服务者唤醒}log.debug("加入任务队列 {}", element);queue.add(element);  // 向队列中添加emptyWaitSet.signal();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}}// 获取队列大小public int size() {lock.lock();try {return queue.size();} finally {lock.unlock();}}// ⭐⭐带超时时间阻塞添加public boolean offer(T element, long timeout, TimeUnit timeUnit) {lock.lock();try {long nanos = timeUnit.toNanos(timeout);while (queue.size() == capacity) {  // 队列长度是否等于容量,假如说满的话log.debug("线程池满了....等待加入队列中...... {}", element);if (nanos <= 0) {return false;}nanos = fullWaitSet.awaitNanos(nanos);  // 服务者设置等待时间}log.debug("加入任务队列 {}", element);queue.add(element);  // 向队列中添加emptyWaitSet.signal();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {lock.unlock();}return true;}public void tryPut(RejectPolicy<T> rejectPolicy, T element) {lock.lock();try {// 判断队列是否满了?if (queue.size() == capacity) {   // 加入说队列满了rejectPolicy.reject(this,element);   // 权力} else {  // 有空闲log.debug("加入任务队列 {}", element);queue.add(element);  // 向队列中添加emptyWaitSet.signal();}} finally {lock.unlock();}}
}// **************************** 接口@FunctionalInterface  // ⭐⭐⭐⭐⭐⭐ 拒绝策略
interface RejectPolicy<T> {void reject(BlockingQueue<T> queue, T task);}// ****************************线程池//线程池类
@Slf4j(topic = "c.ThreadPool")
class ThreadPool {// 1.任务队列private BlockingQueue<Runnable> taskQueue;// 2.线程集合private HashSet<Worker> workers = new HashSet<>();// 3.核心线程数private int coreSize;// 4.获取任务的超时时间private long timeout;// 5.时间单位private TimeUnit timeUnit;private RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy;// 6.执行任务public void execute(Runnable task) {// 当任务数没有超过 cpu的核心线程数的时候，直接交给 worker 执行。// 如果任务数超过 cpu的核心线程数的时候， 加入任务队列暂存。synchronized (workers) {if (workers.size() < coreSize) {Worker worker = new Worker(task);log.debug("新增 worker{},任务队列为{}", worker, task);workers.add(worker);worker.start();} else {// (1).死等  ⭐⭐⭐⭐⭐⭐⭐⭐// (2).带超时等待// (3).放弃任务的执行// (4).抛出异常// (5).让调用者自己执行任务taskQueue.tryPut(rejectPolicy, task);}}}public ThreadPool(int coreSize, long timeout, TimeUnit timeUnit, int queueCapacity, RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy) {this.coreSize = coreSize;this.timeout = timeout;this.timeUnit = timeUnit;this.taskQueue = new BlockingQueue<>(queueCapacity);this.rejectPolicy = rejectPolicy;}class Worker extends Thread {// 任务线程private Runnable task;public Worker(Runnable task) {this.task = task;}@Overridepublic void run() {// 执行任务// (1).当 task 不为空，执行任务// (2).当 task 执行完毕，再接着从任务队列获取任务并执行
//            while (task != null || (task = taskQueue.tack()) != null) {//while (task != null || (task = taskQueue.poll(1000, TimeUnit.MILLISECONDS)) != null) {try {log.debug("正在执行.... {}", task);task.run();} finally {task = null;}}synchronized (workers) {log.debug("worker 被移除{}", this);workers.remove(this);   // 假如说执行完毕的话，需要移除}}}
}

2.ThreadPoolExecutor

在这里插入图片描述

(1).线程池状态

ThreadPoolExecutor 使用 int 的高 3 位来表示线程池状态，低 29 位表示线程数量。

状态名	高 3 位	接收新任务	处理阻塞队列任务	说明
RUNNING	111	Y	Y	会接受新任务，会处理阻塞队列剩余任务
SHUTDOWN	000	N	Y	`不会`接收新任务，但会处理阻塞队列剩余任务
STOP	001	N	N	会中断正在执行的任务，并`抛弃`阻塞队列任务
TIDYING	010	-	-	任务全执行完毕，活动线程为 0 `即将进入终结`
TERMINATED	011	-	-	终结状态

从数字上比较，TERMINATED > TIDYING > STOP > SHUTDOWN > RUNNING

这些信息存储在一个原子变量 ctl 中，目的是将线程池状态与线程个数合二为一，这样就可以用一次 cas 原子操作进行赋值。


// c 为旧值， ctlOf 返回结果为新值
ctl.compareAndSet(c, ctlOf(targetState, workerCountOf(c))));// rs 为高 3 位代表线程池状态， wc 为低 29 位代表线程个数，ctl 是合并它们
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

(2).构造方法

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize CPU核心线程数目 (最多保留的线程数)
maximumPoolSize 最大线程数目
keepAliveTime 生存时间 - 针对救急线程
unit 时间单位 - 针对救急线程
workQueue 阻塞队列
threadFactory 线程工厂 - 可以为线程创建时起个好名字
handler 拒绝策略

工作方式：

在这里插入图片描述
假如说核心线程数我们设置为2，最大线程数为3，阻塞队列长度为2。那么救急线程数为 maximumPoolSize - corePoolSize为1。假如说此时任务阻塞队列装不下了，任务5出现那么将会触发救急线程进行帮助我们处理任务5。任务5还没处理完毕，此时又加入一个任务6，那么因为线程已经要大于maximumPoolSize，那么需要进行执行拒绝策略!!!

线程池中刚开始没有线程，当一个任务提交给线程池后，线程池会创建一个新线程来执行任务。
当线程数达到 corePoolSize 并没有线程空闲，这时再加入任务，新加的任务会被加入 workQueue 队列排队，直到有空闲的线程。
如果队列选择了有界队列，那么任务超过了队列大小时，会创建 maximumPoolSize - corePoolSize 数目的线程来救急 (也就是我们所说的救急线程)，当我们的救急线程执行完毕任务之后，他就会被解雇也就是立即死亡，并不像核心线程数一样一直保留。
如果线程到达 maximumPoolSize 仍然有新任务 (也就是说救急线程也忙不过来了)，这时会执行拒绝策略。拒绝策略 jdk 提供了 4 种实现，其它著名框架也提供了实现
- AbortPolicy 让调用者抛出 RejectedExecutionException 异常，这是默认策略。
- CallerRunsPolicy 让调用者运行任务
- DiscardPolicy 放弃本次任务
- DiscardOldestPolicy 放弃队列中最早的任务，本任务取而代之
- Dubbo 的实现，在抛出 RejectedExecutionException 异常之前会记录日志，并 dump 线程栈信息，方便定位问题
- Netty 的实现，是创建一个新线程来执行任务
- ActiveMQ 的实现，带超时等待（60s）尝试放入队列，类似我们之前自定义的拒绝策略。
- PinPoint 的实现，它使用了一个拒绝策略链，会逐一尝试策略链中每种拒绝策略。
当高峰过去后，超过corePoolSize 的救急线程如果一段时间没有任务做，需要结束节省资源，这个时间由keepAliveTime 和 unit 来控制。

在这里插入图片描述
根据这个构造方法，JDK Executors 类中提供了众多工厂方法来创建各种用途的线程池

(3).newFixedThreadPool (固定大小线程池)

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {// 1.核心线程数为 nThreads 2. 最大线程数为 nThreads 3. 等待超时时间为 0 4.等待超时的单位是毫秒 5.线程阻塞队列return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());  // 链表形式的阻塞队列}

特点:

因为最大线程数和核心线程数相等，所以没有救急线程被创建，因此也无需超时时间。
阻塞队列是链表形式的，所以是无界的，可以放任意数量的任务。

评价: 适用于任务量已知，相对耗时的任务

1.使用默认的线程工厂

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/22 8:43* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: Test18* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.test18")
public class Test18 {public static void main(String[] args) {ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);pool.execute(()->{log.debug("1");});pool.execute(()->{log.debug("2");});// 从这里开始进行阻塞队列，两个核心线程谁先执行完毕，谁就先去阻塞队列里面取pool.execute(()->{log.debug("3");});pool.execute(()->{log.debug("4");});}
}

在这里插入图片描述

2.使用自定义的线程工厂

线程工厂主要影响的是: 线程的名字

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/22 8:43* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: Test18* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.test18")
public class Test18 {public static void main(String[] args) {// ⭐⭐ 线程工厂ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2, new ThreadFactory() {private AtomicInteger t = new AtomicInteger(1);@Overridepublic Thread newThread(Runnable runnable) {return new Thread(runnable, "jsxsPool_thread" + t.getAndIncrement());}});pool.execute(() -> {log.debug("1");});pool.execute(() -> {log.debug("2");});// 从这里开始进行阻塞队列，两个核心线程谁先执行完毕，谁就先去阻塞队列里面取pool.execute(() -> {log.debug("3");});pool.execute(() -> {log.debug("4");});}
}

在这里插入图片描述

(4).newCachedThreadPool (缓存线程池)

    public static ExecutorService newCachedThreadPool() {// 1.核心线程数为0, 2.最大线程数为 2147483647 ,3.超时时间为 60 , 4.超时的单位是 秒 5.同步阻塞队列return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>());}

特点

核心线程数是 0，最大线程数是Integer.MAX_VALUE，救急线程的空闲生存时间是 60s，意味着
- 全部都是救急线程（60s 后可以回收）
- 救急线程可以无限创建
队列采用了 SynchronousQueue 实现特点是，它没有容量，没有线程来取是放不进去的（一手交钱、一手交货）

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/22 8:43* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: Test18* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.test18")
public class Test18 {public static void main(String[] args) {// 1.创建我们的同步队列SynchronousQueue<Integer> integers = new SynchronousQueue<>();// 2.开启第一个线程new Thread(() -> {try {// 打印信息log.debug("putting {} ", 1);// 3. 向队列中添加数据 1integers.put(1);// 直到1被取走之后，我们这里才会往下继续允许 ⭐log.debug("{} putted...", 1);log.debug("putting...{} ", 2);// 4.向队列中添加数据 2integers.put(2);log.debug("{} putted...", 2);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}, "t1").start();try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 3. 开启第二个线程 取走我们的1new Thread(() -> {try {log.debug("taking {}", 1);integers.take();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}, "t2").start();try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 4.开启第三个线程 取走我们的2new Thread(() -> {try {log.debug("taking {}", 2);integers.take();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}, "t3").start();}
}

在这里插入图片描述

评价整个线程池表现为线程数会根据任务量不断增长，没有上限，当任务执行完毕，空闲 1分钟后释放线程。适合任务数比较密集，但每个任务执行时间较短的情况。

(5). newSingleThreadExecutor (单线程线程池)

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {// 1.核心线程数为1 2.最大线程数为 1， 3.等待超时时间为0 4.时间单位为毫秒，5.链表阻塞队列return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));}

使用场景：

希望多个任务排队执行。线程数固定为 1，任务数多于 1 时，会放入无界队列排队。任务执行完毕，这唯一的线程也不会被释放。

区别：

自己创建一个单线程串行执行任务，如果任务执行失败而终止那么没有任何补救措施，而线程池还会新建一个线程，保证池的正常工作。
Executors.newSingleThreadExecutor() 线程个数始终为1，不能修改
- FinalizableDelegatedExecutorService 应用的是装饰器模式，只对外暴露了 ExecutorService 接口，因此不能调用ThreadPoolExecutor 中特有的方法
Executors.newFixedThreadPool(1) 初始时为1，以后还可以修改
- 对外暴露的是 ThreadPoolExecutor 对象，可以强转后调用 setCorePoolSize 等方法进行修改

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/22 8:43* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: Test18* @Description: TODO* @Version 1.0*/
@Slf4j(topic = "c.test18")
public class Test18 {public static void main(String[] args) {ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();pool.execute(()->{log.debug("1");int i=1/0;});pool.execute(()->{log.debug("2");});pool.execute(()->{log.debug("3");});}
}

在这里插入图片描述

(6).提交任务

    // 执行任务  ⭐ lamda表达式无返回结果void execute(Runnable command);// 提交任务 task，用返回值 Future 获得任务执行结果 ⭐⭐ lamda表达式返回有结果<T> Future<T> submit(Callable<T> task);// 提交 tasks 中所有任务<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)throws InterruptedException;// 提交 tasks 中所有任务，带超时时间<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException;// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)throws InterruptedException, ExecutionException;// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消，带超时时间<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;

execute 和 submit

package com.jsxs.Test;import java.util.concurrent.*;public class Test18 {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);// 1.无返回值表达式pool.execute(()->{System.out.println("无返回结果的: 也就是无return");});// 2.存在返回值表达Future<String> future = pool.submit(new Callable<String>() {@Overridepublic String call() throws Exception {Thread.sleep(1);return "ok";}});System.out.println("获取线程池中返回的结果:"+future.get());}
}

在这里插入图片描述

没有时限的invokeAll

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;@Slf4j(topic = "c.test18")
public class Test18 {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);// 这里是指提交 tasks 中所有任务，是一个集合List<Future<String>> futures = pool.invokeAll(Arrays.asList(() -> {log.debug("begin1");Thread.sleep(1000);return "1";},() -> {log.debug("begin2");Thread.sleep(500);return "2";},() -> {log.debug("begin3");Thread.sleep(2000);return "3";}));for (Future<String> future : futures) {log.debug("{}",future.get());}}
}

结果会一直等待，直到任务完成完毕
在这里插入图片描述

有时限的invokeAll

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;@Slf4j(topic = "c.test18")
public class Test18 {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);// 提交 tasks 中所有任务，带超时时间 假如说超过时间报异常List<Future<String>> futures = pool.invokeAll(Arrays.asList(() -> {log.debug("begin1");Thread.sleep(1000);return "1";},() -> {log.debug("begin2");Thread.sleep(500);return "2";},() -> {log.debug("begin3");Thread.sleep(2000);return "3";}),600,TimeUnit.MILLISECONDS);for (Future<String> future : futures) {log.debug("{}",future.get());}}
}

在这里插入图片描述

invokeAny 返回最先执行完毕的

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;@Slf4j(topic = "c.test18")
public class Test18 {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消String s = pool.invokeAny(Arrays.asList(() -> {log.debug("begin1");Thread.sleep(1000);return "1";},() -> {log.debug("begin2");Thread.sleep(500);   // 休眠的时间短，一定是他先完成return "2";},() -> {log.debug("begin3");Thread.sleep(2000);return "3";}));System.out.println(s);}
}

在这里插入图片描述

invokeAny 返回最先执行完毕的 (有时间限制)

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;@Slf4j(topic = "c.test18")
public class Test18 {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);String s = pool.invokeAny(Arrays.asList(() -> {log.debug("begin1");Thread.sleep(1000);return "1";},() -> {log.debug("begin2");Thread.sleep(500);return "2";},() -> {log.debug("begin3");Thread.sleep(2000);return "3";}),100,TimeUnit.MILLISECONDS); // ⭐System.out.println(s);}
}

在这里插入图片描述

(7).关闭线程池

shutdown

    /*线程池状态变为 SHUTDOWN- 不会接收新任务- 但已提交任务会执行完- 此方法不会阻塞调用线程的执行*/void shutdown();

    public void shutdown() {final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;mainLock.lock();try {checkShutdownAccess();// 修改线程池状态advanceRunState(SHUTDOWN);// 仅会打断空闲线程interruptIdleWorkers();onShutdown(); // 扩展点 ScheduledThreadPoolExecutor} finally {mainLock.unlock();}// 尝试终结(没有运行的线程可以立刻终结，如果还有运行的线程也不会等)tryTerminate();}

shutdownNow

    /*线程池状态变为 STOP- 不会接收新任务- 会将队列中的任务返回- 并用 interrupt 的方式中断正在执行的任务*/List<Runnable> shutdownNow();

    public List<Runnable> shutdownNow() {List<Runnable> tasks;final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;mainLock.lock();try {checkShutdownAccess();// 修改线程池状态advanceRunState(STOP);// 打断所有线程interruptWorkers();// 获取队列中剩余任务tasks = drainQueue();} finally {mainLock.unlock();}// 尝试终结tryTerminate();return tasks;}

其他方法

// 不在 RUNNING 状态的线程池，此方法就返回 true
boolean isShutdown();// 线程池状态是否是 TERMINATED
boolean isTerminated();
// 调用 shutdown 后，由于调用线程并不会等待所有任务运行结束，因此如果它想在线程池 TERMINATED 后做些事
情，可以利用此方法等待
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

使用 shutdown 和 awaitTermination

shutdown 不会接受新任务，但是旧任务将会继续执行!!!

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;@Slf4j(topic = "c.test18")
public class Test18 {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);Future<Integer> result1 = pool.submit(() -> {log.debug("begin1");Thread.sleep(1000);log.debug("end1");return 1;});Future<Integer> result2 = pool.submit(() -> {log.debug("begin2");Thread.sleep(1000);log.debug("end2");return 2;});Future<Integer> result3 = pool.submit(() -> {log.debug("begin3");Thread.sleep(1000);log.debug("end3");return 3;});// ⭐不接受新的任务(如果接受到新的任务会报错)，但接受旧的任务。pool.shutdown();// ⭐⭐ 这个线程池里面的所有任务都执行完毕了 或者 3秒之后主线程才放行pool.awaitTermination(3, TimeUnit.SECONDS);log.debug("111");}
}

在这里插入图片描述

shutdownNow

不接受新的任务，旧任务也不执行。

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;@Slf4j(topic = "c.test18")
public class Test18 {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);Future<Integer> result1 = pool.submit(() -> {log.debug("begin1");Thread.sleep(1000);log.debug("end1");return 1;});Future<Integer> result2 = pool.submit(() -> {log.debug("begin2");Thread.sleep(1000);log.debug("end2");return 2;});Future<Integer> result3 = pool.submit(() -> {log.debug("begin3");Thread.sleep(1000);log.debug("end3");return 3;});log.debug("开始shutdown");// ⭐ 直接关闭，包括正在运行的或者没运行的。List<Runnable> runnables = pool.shutdownNow();log.debug("没有执行的任务:{}",runnables);}
}

在这里插入图片描述

3.异步模式之工作线程

(1). 定义

让有限的工作线程（Worker Thread）来轮流异步处理无限多的任务。也可以将其归类为分工模式，它的典型实现就是线程池，也体现了经典设计模式中的享元模式。

例如，海底捞的服务员（线程），轮流处理每位客人的点餐（任务），如果为每位客人都配一名专属的服务员，那么成本就太高了（对比另一种多线程设计模式：Thread-Per-Message）

注意，不同任务类型应该使用不同的线程池，这样能够避免饥饿，并能提升效率

例如，如果一个餐馆的工人既要招呼客人（任务类型A），又要到后厨做菜（任务类型B）显然效率不咋地，分成服务员（线程池A）与厨师（线程池B）更为合理，当然你能想到更细致的分工。

(2).饥饿线程

固定大小线程池会有饥饿现象

两个工人是同一个线程池中的两个线程
他们要做的事情是：为客人点餐和到后厨做菜，这是两个阶段的工作
- 客人点餐：必须先点完餐，等菜做好，上菜，在此期间处理点餐的工人必须等待
- 后厨做菜：没啥说的，做就是了
比如工人A 处理了点餐任务，接下来它要等着工人B 把菜做好，然后上菜，他俩也配合的蛮好
但现在同时来了两个客人，这个时候工人A 和工人B 都去处理点餐了，这时没人做饭了，饥饿

一个客人下: 配合的挺好的

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {static final List<String> MENU = Arrays.asList("地三鲜", "宫保鸡丁", "辣子鸡丁", "烤鸡翅");static Random RANDOM = new Random();static String cooking() {return MENU.get(RANDOM.nextInt(MENU.size()));}public static void main(String[] args) {// 1.固定线程池: 工人的人数为2ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);// 2. 处理点餐业务executorService.execute(() -> {log.debug("处理点餐...");// 3.在线程池中再找一个工人进行做饭Future<String> f = executorService.submit(() -> {log.debug("做菜");return cooking();});try {log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});}
}

在这里插入图片描述

两个客人下: 会出现饥饿现象

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {static final List<String> MENU = Arrays.asList("地三鲜", "宫保鸡丁", "辣子鸡丁", "烤鸡翅");static Random RANDOM = new Random();static String cooking() {return MENU.get(RANDOM.nextInt(MENU.size()));}public static void main(String[] args) {// 1.固定线程池: 工人的人数为2ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);// 2. ⭐处理第一个客人的点餐业务executorService.execute(() -> {log.debug("处理点餐...");// 3.在线程池中再找一个工人进行做饭Future<String> f = executorService.submit(() -> {log.debug("做菜");return cooking();});try {log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});// 3. ⭐⭐处理第二个客人的点餐业务executorService.execute(() -> {log.debug("处理点餐...");// 3.在线程池中再找一个工人进行做饭Future<String> f = executorService.submit(() -> {log.debug("做菜");return cooking();});try {log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});}
}

在这里插入图片描述

(3).饥饿线程_解决

保证拥有充足的工人

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {static final List<String> MENU = Arrays.asList("地三鲜", "宫保鸡丁", "辣子鸡丁", "烤鸡翅");static Random RANDOM = new Random();static String cooking() {return MENU.get(RANDOM.nextInt(MENU.size()));}public static void main(String[] args) {// ⭐⭐1.固定线程池: 工人的人数为2ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);// 2. 处理第一个客人的点餐业务executorService.execute(() -> {log.debug("处理点餐...");// 3.在线程池中再找一个工人进行做饭Future<String> f = executorService.submit(() -> {log.debug("做菜");return cooking();});try {log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});// 3. 处理第二个客人的点餐业务executorService.execute(() -> {log.debug("处理点餐...");// 3.在线程池中再找一个工人进行做饭Future<String> f = executorService.submit(() -> {log.debug("做菜");return cooking();});try {log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});}
}

虽然能够解决我们的问题，但是有缺陷。因为我们未来可能不知道有多少任务量。

在这里插入图片描述

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {static final List<String> MENU = Arrays.asList("地三鲜", "宫保鸡丁", "辣子鸡丁", "烤鸡翅");static Random RANDOM = new Random();static String cooking() {return MENU.get(RANDOM.nextInt(MENU.size()));}public static void main(String[] args) {// 1.固定服务员线程池: 1人ExecutorService waiterPool = Executors.newFixedThreadPool(1);// 2.固定厨师线程池 1人ExecutorService cookPool = Executors.newFixedThreadPool(1);// 2. 处理第一个客人的点餐业务waiterPool.execute(() -> {log.debug("处理点餐...");// 3.在线程池中再找一个工人进行做饭Future<String> f = cookPool.submit(() -> {log.debug("做菜");return cooking();});try {log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});// 3. 处理第二个客人的点餐业务waiterPool.execute(() -> {log.debug("处理点餐...");// 3.在线程池中再找一个工人进行做饭Future<String> f = cookPool.submit(() -> {log.debug("做菜");return cooking();});try {log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});}
}

在这里插入图片描述

(4).创建多少线程池合适

过小会导致程序不能充分地利用系统资源、容易导致饥饿
过大会导致更多的线程上下文切换，占用更多内存

CPU 密集型运算

通常采用 cpu 核数 + 1 能够实现最优的 CPU 利用率，+1 是保证当线程由于页缺失故障（操作系统）或其它原因导致暂停时，额外的这个线程就能顶上去，保证 CPU 时钟周期不被浪费。
在这里插入图片描述

I/O 密集型运算 (WEB应用程序)

CPU 不总是处于繁忙状态，例如，当你执行业务计算时，这时候会使用 CPU 资源，但当你执行 I/O 操作时、远程RPC 调用时，包括进行数据库操作时，这时候 CPU 就闲下来了，你可以利用多线程提高它的利用率。

经验公式如下

线程数 = 核数 * 期望 CPU 利用率 * 总时间(CPU计算时间+等待时间) / CPU 计算时间

例如 4 核 CPU 计算时间是 50% ，其它等待时间是 50%，期望 cpu 被 100% 利用，套用公式

4 * 100% * 100% / 50% = 8

例如 4 核 CPU 计算时间是 10% ，其它等待时间是 90%，期望 cpu 被 100% 利用，套用公式

4 * 100% * 100% / 10% = 40

4.任务调度线程池

在『任务调度线程池』功能加入之前，可以使用 java.util.Timer 来实现定时功能，Timer 的优点在于简单易用，但由于所有任务都是由同一个线程来调度，因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务。

(1).Timer 实现定时任务

假如说任务中出现了异常，就会停止运行了。

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.*;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {public static void main(String[] args) {//Timer timer = new Timer();// 1.设置任务1TimerTask task1 = new TimerTask() {@Overridepublic void run() {log.debug("task 1");try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}};// 2.设置任务2TimerTask task2 = new TimerTask() {@Overridepublic void run() {log.debug("task 2");}};log.debug("主线程启动....");// 使用 timer 添加两个任务，希望它们都在 1s 后执行// 但由于 timer 内只有一个线程来顺序执行队列中的任务，因此『任务1』的延时，影响了『任务2』的执行timer.schedule(task1, 1000);timer.schedule(task2, 1000);}
}

我们发现是串行执行的，因为两个任务定时一样，但是没有一起打印出来。而是间隔了时间，所以我们得出是串行执行的。
在这里插入图片描述

(2).newScheduledThreadPool (延迟线程池)

未出现异常的情况下

这个是只执行一次

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {public static void main(String[] args) {// 如何为1的话，那么仍然是线性运行的ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2);log.debug("主线程开始...");pool.schedule(()->{log.debug("两秒后执行第一个任务");},2,TimeUnit.SECONDS);pool.schedule(()->{log.debug("两秒后执行第二个任务");},2,TimeUnit.SECONDS);pool.schedule(()->{log.debug("两秒后执行第三个任务");},2,TimeUnit.SECONDS);pool.schedule(()->{log.debug("两秒后执行第三个任务");},2,TimeUnit.SECONDS);}
}

我们发现并行执行... 不会耽搁业务的要求!!!
在这里插入图片描述

出现异常的情况下

这个是只执行一次

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {public static void main(String[] args) {ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2);log.debug("主线程开始...");// ⭐ schedulepool.schedule(()->{int i =1/0;log.debug("两秒后执行第一个任务");},2,TimeUnit.SECONDS);pool.schedule(()->{log.debug("两秒后执行第二个任务");},2,TimeUnit.SECONDS);pool.schedule(()->{log.debug("两秒后执行第三个任务");},2,TimeUnit.SECONDS);pool.schedule(()->{log.debug("两秒后执行第四个任务");},2,TimeUnit.SECONDS);}
}

出现异常，但不会抛出异常，也不会打印异常后的信息

在这里插入图片描述

(3).newScheduledThreadPool (定时线程池)

scheduleAtFixedRate() 方法

这个是执行多次

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.*;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {public static void main(String[] args) {ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);log.debug("start ...");// ⭐scheduleAtFixedRatepool.scheduleAtFixedRate(() -> {log.debug("running....");try {Thread.sleep(2000); //} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);  // 延迟多少秒后执行、每隔几秒执行一次}
}

注意我们这里本来是1秒执行一次，重复执行的。但是因为里面有一个sleep()是两秒，scheduleAtFixedRate并行处理，所以是两秒运行一次。

在这里插入图片描述

scheduleWithFixedDelay

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.*;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {public static void main(String[] args) {ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);log.debug("start ...");// ⭐scheduleWithFixedDelay 串行pool.scheduleWithFixedDelay(() -> {log.debug("running....");try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);  // 延迟多少秒后执行、每隔几秒执行一次}
}

在这里插入图片描述

(4).正确处理线程池异常

使用try catch

我们可以使用手动的 try catch 进行我们的手动抛出异常!!!

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {public static void main(String[] args) {ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2);log.debug("主线程开始...");// ⭐ try catch 抛出异常pool.schedule(() -> {try {int i = 1 / 0;} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}log.debug("两秒后执行第一个任务");}, 2, TimeUnit.SECONDS);pool.schedule(() -> {log.debug("两秒后执行第二个任务");}, 2, TimeUnit.SECONDS);pool.schedule(() -> {log.debug("两秒后执行第三个任务");}, 2, TimeUnit.SECONDS);pool.schedule(() -> {log.debug("两秒后执行第四个任务");}, 2, TimeUnit.SECONDS);}
}

我们手动抛出异常.....
在这里插入图片描述

(5).定时任务测试

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.time.DayOfWeek;
import java.time.Duration;
import java.time.LocalDate;
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.*;
import java.util.concurrent.*;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/24 19:52* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: TestDeadLock* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test19")
public class TestDeadLock {public static void main(String[] args) {int period = 1000 * 60 * 60 * 24 * 7;ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2);// 当前时间LocalDateTime now = LocalDateTime.now();// 周四的时间LocalDateTime future = now.withHour(20).withMinute(4).withSecond(0).withNano(0).with(DayOfWeek.WEDNESDAY);// 假如说当前时间大于本周的周四，必须要找到下周四if (now.compareTo(future)>0){future=future.plusWeeks(1); // 添加一周}// 做减法long initDelay = Duration.between(now,future).toMillis();pool.scheduleAtFixedRate(() -> {log.debug("1111");}, initDelay, period, TimeUnit.MILLISECONDS);}
}

在这里插入图片描述

5. Tomcat 线程池

(1).Tomcat 在哪里用到了线程池呢

在这里插入图片描述

LimitLatch 用来限流，可以控制最大连接个数，类似 J.U.C 中的 Semaphore 后面再讲
Acceptor 只负责【接收新的 socket 连接】
Poller 只负责监听 socket channel 是否有【可读的 I/O 事件】
一旦可读，封装一个任务对象（socketProcessor），提交给 Executor 线程池处理
Executor 线程池中的工作线程最终负责【处理请求】

Tomcat 线程池扩展了 ThreadPoolExecutor，行为稍有不同

如果总线程数达到 maximumPoolSize
- 这时不会立刻抛 RejectedExecutionException 异常
- 而是再次尝试将任务放入队列，如果还失败，才抛出RejectedExecutionException

异常源码 tomcat-7.0.42。

    public void execute(Runnable command, long timeout, TimeUnit unit) {submittedCount.incrementAndGet();try {super.execute(command);} catch (RejectedExecutionException rx) {if (super.getQueue() instanceof TaskQueue) {final TaskQueue queue = (TaskQueue) super.getQueue();try {if (!queue.force(command, timeout, unit)) {submittedCount.decrementAndGet();throw new RejectedExecutionException("Queue capacity is full.");}} catch (InterruptedException x) {submittedCount.decrementAndGet();Thread.interrupted();throw new RejectedExecutionException(x);}} else {submittedCount.decrementAndGet();throw rx;}}}

(2).Tomcat 配置

在这里插入图片描述

6.Fork/join

(1).任务拆分概念

Fork/Join 是 JDK 1.7 加入的新的线程池实现，它体现的是一种分治思想，适用于能够进行任务拆分的 cpu 密集型运算。

所谓的任务拆分，是将一个大任务拆分为算法上相同的小任务，直至不能拆分可以直接求解。跟递归相关的一些计算，如归并排序、斐波那契数列、都可以用分治思想进行求解.

Fork/Join 在分治的基础上加入了多线程，可以把每个任务的分解和合并交给不同的线程来完成，进一步提升了运算效率.

Fork/Join 默认会创建与 cpu 核心数大小相同的线程池.

(2).任务拆分举例

这里我们进行递归1~5的和

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/25 21:00* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: Test19* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test")
public class Test19 {public static void main(String[] args) {ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(4);// 调用方法Integer invoke = pool.invoke(new MyTask(5));System.out.println(invoke);}}// 1~n 之间整数的和:  利用递归的方法
@Slf4j(topic = "c.MyTask")
class MyTask extends RecursiveTask<Integer> {private int n;public MyTask(int n) {this.n = n;}@Overridepublic String toString() {return "MyTask{" +"n=" + n +'}';}@Overrideprotected Integer compute() {if (n == 1) {  // 终止的条件log.debug("join() {}", n);return 1;}MyTask myTask = new MyTask(n - 1);myTask.fork();  // ⭐让一个线程去执行任务log.debug("fork() {} + {}", n, myTask);Integer result = myTask.join() + n;   // ⭐⭐执行后的结果 + n :  相当于 5+4+3+2+1log.debug("join() {} + {} = {}", n, myTask, result.toString());return result;}
}

在这里插入图片描述
用图来表示

在这里插入图片描述

(3).任务拆分优化

利用我们二分的方法进行优化

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/25 21:00* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: Test19* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test")
public class Test19 {public static void main(String[] args) {ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(4);Integer invoke = pool.invoke(new AddTask3(1,5));System.out.println(invoke);}}@Slf4j(topic = "c.addTask3")
class AddTask3 extends RecursiveTask<Integer> {// 起始的数 和 结束的数int begin;int end;public AddTask3(int begin, int end) {this.begin = begin;this.end = end;}@Overridepublic String toString() {return "{" + begin + "," + end + '}';}@Overrideprotected Integer compute() {// 5, 5if (begin == end) {log.debug("join() {}", begin);return begin;}// 4, 5if (end - begin == 1) {log.debug("join() {} + {} = {}", begin, end, end + begin);return end + begin;}// 1 5  使用我们的二分操作int mid = (end + begin) / 2; // 3AddTask3 t1 = new AddTask3(begin, mid); // 1,3t1.fork();AddTask3 t2 = new AddTask3(mid + 1, end); // 4,5t2.fork();log.debug("fork() {} + {} = ?", t1, t2);int result = t1.join() + t2.join();log.debug("join() {} + {} = {}", t1, t2, result);return result;}
}

在这里插入图片描述

(九)、JUC

1.AQS原理

(1).aqs概述

全称是 AbstractQueuedSynchronizer，是阻塞式锁和相关的同步器工具的框架。

特点：

用 state 属性来表示资源的状态（分独占模式和共享模式），子类需要定义如何维护这个状态，控制如何获取锁和释放锁。
- getState - 获取 state 状态
- setState - 设置 state 状态
- compareAndSetState - cas 机制设置 state 状态
- 独占模式是只有一个线程能够访问资源，而共享模式可以允许多个线程访问资源
提供了基于 FIFO 的等待队列，类似于 Monitor 的 EntryList
条件变量来实现等待、唤醒机制，支持多个条件变量，类似于 Monitor 的 WaitSet

子类主要实现这样一些方法（默认抛出 UnsupportedOperationException）

tryAcquire
tryRelease
tryAcquireShared
tryReleaseShared
isHeldExclusively

获取锁的姿势

// 如果获取锁失败
if(!tryAcquire(arg)){// 入队, 可以选择阻塞当前线程 park unpark}

释放锁的姿势

// 如果释放锁成功
if(tryRelease(arg)){// 让阻塞线程恢复运行}

(2).自定义锁

自定义不可重入锁

package com.jsxs.Test;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;/*** @Author Jsxs* @Date 2023/10/25 21:00* @PackageName:com.jsxs.Test* @ClassName: Test19* @Description: TODO* @Version 1.0*/@Slf4j(topic = "c.test")
public class Test19 {public static void main(String[] args) {MyLock myLock = new MyLock();new Thread(() -> {myLock.lock();try {log.debug("locking.....");Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {log.debug("unlocking.....");myLock.unlock();}}, "t1").start();new Thread(() -> {myLock.lock();try {log.debug("locking.....");} finally {log.debug("unlocking.....");myLock.unlock();}}, "t2").start();}
}/*** 自定义锁 (不可重入锁)*/
class MyLock implements Lock {/*** 创建我们的同步类*/class MySync extends AbstractQueuedSynchronizer {@Overrideprotected boolean tryAcquire(int i) {if (compareAndSetState(0, 1)) {// 假如成功了，说明我们的锁是成功的setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());return true;}return false;}@Overrideprotected boolean tryRelease(int i) {setState(0);setExclusiveOwnerThread(null);return true;}@Override  // 是否持有独占锁protected boolean isHeldExclusively() {return getState() == 1;}public Condition newCondition() {return new ConditionObject();}}private MySync sync = new MySync();@Override  // 加锁, (假如不成功就会进入等待队列)public void lock() {sync.acquire(1);}@Override  // 加锁，可打断  ()public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {sync.acquireInterruptibly(1);}@Override  // 尝试加锁  (尝试一次)public boolean tryLock() {return sync.tryAcquire(1);}@Override  // 尝试加锁  (带超时时间)public boolean tryLock(long l, TimeUnit timeUnit) throws InterruptedException {return sync.tryAcquireNanos(1, timeUnit.toNanos(l));}@Override  // 解锁public void unlock() {sync.release(1);}@Override  // 创建条件变量public Condition newCondition() {return sync.newCondition();}
}

在这里插入图片描述

(十)、 ReentrantLock 原理

在这里插入图片描述

1.非公平锁实现原理

(1).加锁解锁流程

先从构造器开始看，默认为非公平锁实现

    public ReentrantLock() {sync = new NonfairSync();}

NonfairSync 继承自 AQS

加锁成功流程⬇🔻

在这里插入图片描述

加锁失败流程🔻

在这里插入图片描述
Thread-1 执行了
1. CAS尝试将 state 由 0 改为 1，结果失败
2. 进入 tryAcquire(尝试加锁) 逻辑，这时 state 已经是1，结果仍然失败
3. 接下来进入 addWaiter(添加到阻塞队列) 逻辑，构造 Node 队列

图中黄色三角表示该 Node 的 waitStatus 状态，其中 0 为默认正常状态
Node 的创建是懒惰的
其中第一个 Node 称为 Dummy（哑元）或哨兵，用来占位，并不关联线程

在这里插入图片描述
当前线程进入 acquireQueued 逻辑

acquireQueued 会在一个死循环中不断尝试获得锁，失败后进入 park 阻塞
如果自己是紧邻着 head（排第二位），那么再次 tryAcquire 尝试获取锁，当然这时 state 仍为 1，失败
进入 shouldParkAfterFailedAcquire 逻辑，将前驱 node，即 head 的 waitStatus 改为 -1，这次返回 false

在这里插入图片描述

shouldParkAfterFailedAcquire 执行完毕回到 acquireQueued ，再次 tryAcquire 尝试获取锁，当然这时 state 仍为 1，失败
当再次进入 shouldParkAfterFailedAcquire 时，这时因为其前驱 node 的 waitStatus 已经是 -1，这次返回true
进入 parkAndCheckInterrupt， Thread-1 park（灰色表示）

在这里插入图片描述

解锁竞争成功流程🔻

再次有多个线程经历上述过程竞争失败，变成这个样子

在这里插入图片描述
Thread-0 释放锁，进入 tryRelease 流程，如果成功

设置 exclusiveOwnerThread 为 null
state = 0

在这里插入图片描述
当前队列不为 null，并且 head 的 waitStatus = -1，进入 unparkSuccessor 流程

找到队列中离 head 最近的一个 Node（没取消的），unpark 恢复其运行，本例中即为 Thread-1

回到 Thread-1 的 acquireQueued 流程

在这里插入图片描述
如果加锁成功（没有竞争），会设置

exclusiveOwnerThread 为 Thread-1，state = 1
head 指向刚刚 Thread-1 所在的 Node，该 Node 清空 Thread
原本的 head 因为从链表断开，而可被垃圾回收

如果这时候有其它线程来竞争（非公平的体现），例如这时有 Thread-4 来了

在这里插入图片描述

如果不巧又被 Thread-4 占了先

Thread-4 被设置为 exclusiveOwnerThread，state = 1
Thread-1 再次进入 acquireQueued 流程，获取锁失败，重新进入 park 阻塞

(十一)、线程安全集合类概述

1.概述

在这里插入图片描述
线程安全集合类可以分为三大类：

遗留的线程安全集合如 Hashtable ， Vector
使用 Collections 装饰的线程安全集合，如：
- Collections.synchronizedCollection
- Collections.synchronizedList
- Collections.synchronizedMap
- Collections.synchronizedSet
- Collections.synchronizedNavigableMap
- Collections.synchronizedNavigableSet
- Collections.synchronizedSortedMap
- Collections.synchronizedSortedSet
java.util.concurrent.*

重点介绍 java.util.concurrent.* 下的线程安全集合类，可以发现它们有规律，里面包含三类关键词：Blocking、CopyOnWrite、Concurrent

Blocking 大部分实现基于锁，并提供用来阻塞的方法
CopyOnWrite 之类容器修改开销相对较重
Concurrent 类型的容器
- 内部很多操作使用 cas 优化，一般可以提供较高吞吐量
- 弱一致性
  - 遍历时弱一致性，例如，当利用迭代器遍历时，如果容器发生修改，迭代器仍然可以继续进行遍历，这时内容是旧的
  - 求大小弱一致性，size 操作未必是 100% 准确
  - 读取弱一致性