《JUC并发编程 - 基础篇》 Callable接口 | 辅助类 | 读写锁 | 阻塞队列 | 线程池 | Stream流 | 分支合并框架(二)

简介: 《JUC并发编程 - 基础篇》 Callable接口 | 辅助类 | 读写锁 | 阻塞队列 | 线程池 | Stream流 | 分支合并框架

9.4 小结(重要)


在线程持有读锁的情况下,该线程不能取得写锁(因为获取写锁的时候,如果发现当前的读锁被占用,就马上获取失败,不管读锁是不是被当前线程持有)。

在线程持有写锁的情况下,该线程可以继续获取读锁(获取读锁时如果发现写锁被占用,只有写锁没有被当前线程占用的情况才会获取失败)。

原因: 当线程获取读锁的时候,可能有其他线程同时也在持有读锁,因此不能把获取读锁的线程“升级”为写锁;而对于获得写锁的线程,它一定独占了读写锁,因此可以继续让它获取读锁,当它同时获取了写锁和读锁后,还可以先释放写锁继续持有读锁,这样一个写锁就“降级”为了读锁。

10 阻塞队列

10.1 BlockingQueue 简介


Concurrent 包中,BlockingQueue 很好的解决了多线程中,如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类,为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。本文详细介绍BlockingQueue 家庭中的所有成员,包括他们各自的功能以及常见使用场景。


阻塞队列,顾名思义,首先它是一个队列, 通过一个共享的队列,可以使得数据由队列的一端输入,从另外一端输出;


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当队列是空的,从队列中获取元素的操作将会被阻塞

当队列是满的,从队列中添加元素的操作将会被阻塞

试图从空的队列中获取元素的线程将会被阻塞,直到其他线程往空的队列插入新的元素

试图向已满的队列中添加新元素的线程将会被阻塞,直到其他线程从队列中移除一个或多个元素或者完全清空,使队列变得空闲起来并后续新增.

在多线程领域:所谓阻塞,在某些情况下会挂起线程(即阻塞),一旦条件满足,被挂起的线程又会自动被唤起


为什么需要BlockingQueue ?


好处是我们不需要关心什么时候需要阻塞线程,什么时候需要唤醒线程,因为这一切BlockingQueue都给你一手包办了


在concurrent包发布以前,在多线程环境下,我们每个程序员都必须去自己控制这些细节,尤其还要兼顾效率和线程安全,而这会给我们的程序带来不小的复杂度。


10.2 阻塞队列种类分析


架构介绍


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种类分析


ArrayBlockingQueue:由数组结构组成的有界阻塞队列。

LinkedBlockingQueue:由链表结构组成的有界(但大小默认值为integer.MAX_VALUE)阻塞队列。

PriorityBlockingQueue:支持优先级排序的无界阻塞队列。

DelayQueue:使用优先级队列实现的延迟无界阻塞队列。

SynchronousQueue:不存储元素的阻塞队列,也即单个元素的队列。

LinkedTransferQueue:由链表组成的无界阻塞队列。

LinkedBlockingDeque:由链表组成的双向阻塞队列。


10.3 BlockingQueue 核心方法


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10.4 入门案例

package com.rg.juc;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
 * @author lxy
 * @version 1.0
 * @Description 阻塞队列
 * @date 2022/5/3 16:32
 */
public class BlockingQueueDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayBlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue <>(3);
        //第一组
        // System.out.println(blockingQueue.add("a"));
        // System.out.println(blockingQueue.add("b"));
        // System.out.println(blockingQueue.add("c"));
        //
        // //System.out.println(blockingQueue.element());//返回队头元素 如果没有则报错
        //
        // // System.out.println(blockingQueue.add("x"));//IllegalStateException: Queue full
        //
        // System.out.println(blockingQueue.remove());
        // System.out.println(blockingQueue.remove());
        // System.out.println(blockingQueue.remove());
        // // System.out.println(blockingQueue.remove());//NoSuchElementException
        //第二组
        /*System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
        // System.out.println(blockingQueue.offer("x"));//false
        // System.out.println(blockingQueue.peek());//如果有元素则返回队头元素,如果没有则返回NULL
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());//null*/
        //第三组  没有返回值
        /*blockingQueue.put("a");
        blockingQueue.put("b");
        blockingQueue.put("c");
        // blockingQueue.put("x");//一直阻塞等待...
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());
        System.out.println(blockingQueue.take());//一直阻塞等待...*/
        //第四组
        System.out.println(blockingQueue.offer("a"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("b"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("c"));
        System.out.println(blockingQueue.offer("x",3L, TimeUnit.SECONDS));
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll());
        System.out.println(blockingQueue.poll(3L,TimeUnit.SECONDS));
    }
}

11、ThreadPool线程池

11.1 为什么用线程池


例子:


10年前单核CPU电脑,假的多线程,像马戏团小丑玩多个球,CPU需要来回切换。

现在是多核电脑,多个线程各自跑在独立的CPU上,不用切换效率高。

线程池的优势:

线程池做的工作只要是控制运行的线程数量,处理过程中将任务放入队列,然后在线程创建后启动这些任务,如果线程数量超过了最大数量,超出数量的线程排队等候,等其他线程执行完毕, 再从队列中取出任务来执行。


它的主要特点为:线程复用;控制最大并发数;管理线程。


第一:降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的销耗。

第二:提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。

第三:提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制的创建,不仅会销耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一的分配,调优和监控。


11.2 线程池如何使用


11.2.1 架构说明


Java中的线程池是通过Executor框架实现的,该框架中用到了Executor,Executors,ExecutorService,ThreadPoolExecutor这几个类 Executors是操作线程的工具类


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11.2.2 线程池分类


Executors.newFixedThreadPool(int): 执行长期任务性能好,创建一个线程池,一池有N个固定的线程,有固定线程数的线程


public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
   return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
// newFixedThreadPool创建的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值是相等的,它使用的是LinkedBlockingQueue
  • Executors.newSingleThreadExecutor() : 一个任务一个任务的执行,一池一线程
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
// newSingleThreadExecutor 创建的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值都是1,它使用的是LinkedBlockingQueue
  • Executors.newCachedThreadPool() :执行很多短期异步任务,线程池根据需要创建新线程,但在先前构建的线程可用时将重用它们。可扩容,遇强则强
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>());
}
// newCachedThreadPool创建的线程池将corePoolSize设置为0,将maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE,它使用的是SynchronousQueue,也就是说来了任务就创建线程运行,当线程空闲超过60秒,就销毁线程。

11.2.3 ThreadPoolExecutor底层原理

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11.3 入门案例

package com.rg.juc;
import java.util.concurrent.*;
/**
 * @author lxy
 * @version 1.0
 * @Description 银行开放窗口,顾客办理业务
 * @date 2022/5/3 21:58
 */
public class MyThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        initPool();
    }
    private static void initPool() {
        // ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);//一池五个工作线程,类似一个银行有5个受理窗口
        // ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();//一池1个工作线程,类似一个银行一个受理窗口
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();//一池N个工作线程,类似一个银行有N个受理窗口
        try{
            //模拟有10个顾客来银行办理业务,目前池子里面有5个工作人员提供服务
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                threadPool.execute(()->{
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 办理业务");
                });
                //暂停线程 ,线程会变得逐渐有序..
                // try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }finally {
            threadPool.shutdown();//释放线程池
        }
    }
}

11.4 线程池七大参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

1、corePoolSize:线程池中的常驻核心线程数 (也就是当前线程数)


2、maximumPoolSize:线程池中能够容纳同时执行的最大线程数,此值必须大于等于1


3、keepAliveTime:多余的空闲线程的存活时间当前池中线程数量超过corePoolSize时,当空闲时间

达到keepAliveTime时,多余线程会被销毁直到只剩下corePoolSize个线程为止


4、unit:keepAliveTime的单位


5、workQueue:任务队列,被提交但尚未被执行的任务


6、threadFactory:表示生成线程池中工作线程的线程工厂,用于创建线程,一般默认的即可


7、handler:拒绝策略,表示当队列满了,并且工作线程大于等于线程池的最大线程(maximumPoolSize)时如何来拒绝请求执行的runnable的策略


11.5 线程池底层工作原理


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bb91a16ec84f2cd10ad8c84938acab34.png


分析


1、在创建了线程池后,开始等待请求。

2、当调用execute()方法添加一个请求任务时,线程池会做出如下判断:

2.1如果正在运行的线程数量小于corePoolSize,那么马上创建线程运行这个任务;

2.2如果正在运行的线程数量大于或等于corePoolSize,那么将这个任务放入队列;

2.3如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于maximumPoolSize,那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务;

2.4如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于maximumPoolSize,那么线程池会启动饱和拒绝策略来执行。

3、当一个线程完成任务时,它会从队列中取下一个任务来执行。

4、当一个线程无事可做超过一定的时间(keepAliveTime)时,线程会判断:

如果当前运行的线程数大于corePoolSize,那么这个线程就被停掉。

所以线程池的所有任务完成后,它最终会收缩到corePoolSize的大小。


11.6 线程池的拒绝策略


11.6.1 线程池是什么


等待队列已经排满了,再也塞不下新任务了


同时,线程池中的max线程也达到了,无法继续为新任务服务。


这个是时候我们就需要拒绝策略机制合理的处理这个问题。


11.6.2 JDK内置的拒绝策略


AbortPolicy(默认):直接抛出RejectedExecutionException异常阻止系统正常运行

CallerRunsPolicy:“调用者运行”一种调节机制,该策略既不会抛弃任务,也不会抛出异常,而是将某些任务回退到调用者,从而降低新任务的流量。

DiscardOldestPolicy:抛弃队列中等待最久的任务,然后把当前任务加人队列中. 尝试再次提交当前任务。也就是抛弃最先入队列还没处理的几个。

DiscardPolicy:该策略默默地丢弃无法处理的任务,不予任何处理也不抛出异常。如果允许任务丢失,这是最好的一种策略。

以上内置拒绝策略均实现了 RejectedExecutionHandle 接口


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