java线程基本原理

简介: 1、线程池简介:    多线程技术主要解决处理器单元内多个线程执行的问题,它可以显著减少处理器单元的闲置时间,增加处理器单元的吞吐能力。        假设一个服务器完成一项任务所需时间为:T1 创建线程时间,T2 在线程中执行任务的时间,T3 销毁线程时间。

1、线程池简介:
    多线程技术主要解决处理器单元内多个线程执行的问题,它可以显著减少处理器单元的闲置时间,增加处理器单元的吞吐能力。   
    假设一个服务器完成一项任务所需时间为:T1 创建线程时间,T2 在线程中执行任务的时间,T3 销毁线程时间。

    如果:T1 + T3 远大于 T2,则可以采用线程池,以提高服务器性能。
                一个线程池包括以下四个基本组成部分:
                1、线程池管理器(ThreadPool):用于创建并管理线程池,包括 创建线程池,销毁线程池,添加新任务;
                2、工作线程(PoolWorker):线程池中线程,在没有任务时处于等待状态,可以循环的执行任务;
                3、任务接口(Task):每个任务必须实现的接口,以供工作线程调度任务的执行,它主要规定了任务的入口,任务执行完后的收尾工作,任务的执行状态等;
                4、任务队列(taskQueue):用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。
               
    线程池技术正是关注如何缩短或调整T1,T3时间的技术,从而提高服务器程序性能的。它把T1,T3分别安排在服务器程序的启动和结束的时间段或者一些空闲的时间段,这样在服务器程序处理客户请求时,不会有T1,T3的开销了。
    线程池不仅调整T1,T3产生的时间段,而且它还显著减少了创建线程的数目,看一个例子:
    假设一个服务器一天要处理50000个请求,并且每个请求需要一个单独的线程完成。在线程池中,线程数一般是固定的,所以产生线程总数不会超过线程池中线程的数目,而如果服务器不利用线程池来处理这些请求则线程总数为50000。一般线程池大小是远小于50000。所以利用线程池的服务器程序不会为了创建50000而在处理请求时浪费时间,从而提高效率。

    代码实现中并没有实现任务接口,而是把Runnable对象加入到线程池管理器(ThreadPool),然后剩下的事情就由线程池管理器(ThreadPool)来完成了

 

[java] view plain copy
  1. package mine.util.thread;  
  2.   
  3. import java.util.LinkedList;  
  4. import java.util.List;  
  5.   
  6. /** 
  7.  * 线程池类,线程管理器:创建线程,执行任务,销毁线程,获取线程基本信息 
  8.  */  
  9. public final class ThreadPool {  
  10.     // 线程池中默认线程的个数为5  
  11.     private static int worker_num = 5;  
  12.     // 工作线程  
  13.     private WorkThread[] workThrads;  
  14.     // 未处理的任务  
  15.     private static volatile int finished_task = 0;  
  16.     // 任务队列,作为一个缓冲,List线程不安全  
  17.     private List<Runnable> taskQueue = new LinkedList<Runnable>();  
  18.     private static ThreadPool threadPool;  
  19.   
  20.     // 创建具有默认线程个数的线程池  
  21.     private ThreadPool() {  
  22.         this(5);  
  23.     }  
  24.   
  25.     // 创建线程池,worker_num为线程池中工作线程的个数  
  26.     private ThreadPool(int worker_num) {  
  27.         ThreadPool.worker_num = worker_num;  
  28.         workThrads = new WorkThread[worker_num];  
  29.         for (int i = 0; i < worker_num; i++) {  
  30.             workThrads[i] = new WorkThread();  
  31.             workThrads[i].start();// 开启线程池中的线程  
  32.         }  
  33.     }  
  34.   
  35.     // 单态模式,获得一个默认线程个数的线程池  
  36.     public static ThreadPool getThreadPool() {  
  37.         return getThreadPool(ThreadPool.worker_num);  
  38.     }  
  39.   
  40.     // 单态模式,获得一个指定线程个数的线程池,worker_num(>0)为线程池中工作线程的个数  
  41.     // worker_num<=0创建默认的工作线程个数  
  42.     public static ThreadPool getThreadPool(int worker_num1) {  
  43.         if (worker_num1 <= 0)  
  44.             worker_num1 = ThreadPool.worker_num;  
  45.         if (threadPool == null)  
  46.             threadPool = new ThreadPool(worker_num1);  
  47.         return threadPool;  
  48.     }  
  49.   
  50.     // 执行任务,其实只是把任务加入任务队列,什么时候执行有线程池管理器觉定  
  51.     public void execute(Runnable task) {  
  52.         synchronized (taskQueue) {  
  53.             taskQueue.add(task);  
  54.             taskQueue.notify();  
  55.         }  
  56.     }  
  57.   
  58.     // 批量执行任务,其实只是把任务加入任务队列,什么时候执行有线程池管理器觉定  
  59.     public void execute(Runnable[] task) {  
  60.         synchronized (taskQueue) {  
  61.             for (Runnable t : task)  
  62.                 taskQueue.add(t);  
  63.             taskQueue.notify();  
  64.         }  
  65.     }  
  66.   
  67.     // 批量执行任务,其实只是把任务加入任务队列,什么时候执行有线程池管理器觉定  
  68.     public void execute(List<Runnable> task) {  
  69.         synchronized (taskQueue) {  
  70.             for (Runnable t : task)  
  71.                 taskQueue.add(t);  
  72.             taskQueue.notify();  
  73.         }  
  74.     }  
  75.   
  76.     // 销毁线程池,该方法保证在所有任务都完成的情况下才销毁所有线程,否则等待任务完成才销毁  
  77.     public void destroy() {  
  78.         while (!taskQueue.isEmpty()) {// 如果还有任务没执行完成,就先睡会吧  
  79.             try {  
  80.                 Thread.sleep(10);  
  81.             } catch (InterruptedException e) {  
  82.                 e.printStackTrace();  
  83.             }  
  84.         }  
  85.         // 工作线程停止工作,且置为null  
  86.         for (int i = 0; i < worker_num; i++) {  
  87.             workThrads[i].stopWorker();  
  88.             workThrads[i] = null;  
  89.         }  
  90.         threadPool=null;  
  91.         taskQueue.clear();// 清空任务队列  
  92.     }  
  93.   
  94.     // 返回工作线程的个数  
  95.     public int getWorkThreadNumber() {  
  96.         return worker_num;  
  97.     }  
  98.   
  99.     // 返回已完成任务的个数,这里的已完成是只出了任务队列的任务个数,可能该任务并没有实际执行完成  
  100.     public int getFinishedTasknumber() {  
  101.         return finished_task;  
  102.     }  
  103.   
  104.     // 返回任务队列的长度,即还没处理的任务个数  
  105.     public int getWaitTasknumber() {  
  106.         return taskQueue.size();  
  107.     }  
  108.   
  109.     // 覆盖toString方法,返回线程池信息:工作线程个数和已完成任务个数  
  110.     @Override  
  111.     public String toString() {  
  112.         return "WorkThread number:" + worker_num + "  finished task number:"  
  113.                 + finished_task + "  wait task number:" + getWaitTasknumber();  
  114.     }  
  115.   
  116.     /** 
  117.      * 内部类,工作线程 
  118.      */  
  119.     private class WorkThread extends Thread {  
  120.         // 该工作线程是否有效,用于结束该工作线程  
  121.         private boolean isRunning = true;  
  122.   
  123.         /* 
  124.          * 关键所在啊,如果任务队列不空,则取出任务执行,若任务队列空,则等待 
  125.          */  
  126.         @Override  
  127.         public void run() {  
  128.             Runnable r = null;  
  129.             while (isRunning) {// 注意,若线程无效则自然结束run方法,该线程就没用了  
  130.                 synchronized (taskQueue) {  
  131.                     while (isRunning && taskQueue.isEmpty()) {// 队列为空  
  132.                         try {  
  133.                             taskQueue.wait(20);  
  134.                         } catch (InterruptedException e) {  
  135.                             e.printStackTrace();  
  136.                         }  
  137.                     }  
  138.                     if (!taskQueue.isEmpty())  
  139.                         r = taskQueue.remove(0);// 取出任务  
  140.                 }  
  141.                 if (r != null) {  
  142.                     r.run();// 执行任务  
  143.                 }  
  144.                 finished_task++;  
  145.                 r = null;  
  146.             }  
  147.         }  
  148.   
  149.         // 停止工作,让该线程自然执行完run方法,自然结束  
  150.         public void stopWorker() {  
  151.             isRunning = false;  
  152.         }  
  153.     }  
  154. }  

 

测试代码:

[java] view plain copy
  1. package mine.util.thread;  
  2.   
  3. //测试线程池  
  4. public class TestThreadPool {  
  5.     public static void main(String[] args) {  
  6.         // 创建3个线程的线程池  
  7.         ThreadPool t = ThreadPool.getThreadPool(3);  
  8.         t.execute(new Runnable[] { new Task(), new Task(), new Task() });  
  9.         t.execute(new Runnable[] { new Task(), new Task(), new Task() });  
  10.         System.out.println(t);  
  11.         t.destroy();// 所有线程都执行完成才destory  
  12.         System.out.println(t);  
  13.     }  
  14.   
  15.     // 任务类  
  16.     static class Task implements Runnable {  
  17.         private static volatile int i = 1;  
  18.   
  19.         @Override  
  20.         public void run() {// 执行任务  
  21.             System.out.println("任务 " + (i++) + " 完成");  
  22.         }  
  23.     }  
  24. }  


 

运行结果:

WorkThread number:3  finished task number:0  wait task number:6
任务 1 完成
任务 2 完成
任务 3 完成
任务 4 完成
任务 5 完成
任务 6 完成
WorkThread number:3  finished task number:6  wait task number:0

分析:由于并没有任务接口,传入的可以是自定义的任何任务,所以线程池并不能准确的判断该任务是否真正的已经完成(真正完成该任务是这个任务的run方法执行完毕),只能知道该任务已经出了任务队列,正在执行或者已经完成。

 

2、Java类库中提供的线程池简介:

     java提供的线程池更加强大,相信理解线程池的工作原理,看类库中的线程池就不会感到陌生了。

目录
相关文章
|
5天前
|
存储 Java 关系型数据库
高效连接之道:Java连接池原理与最佳实践
在Java开发中,数据库连接是应用与数据交互的关键环节。频繁创建和关闭连接会消耗大量资源,导致性能瓶颈。为此,Java连接池技术通过复用连接,实现高效、稳定的数据库连接管理。本文通过案例分析,深入探讨Java连接池的原理与最佳实践,包括连接池的基本操作、配置和使用方法,以及在电商应用中的具体应用示例。
20 5
|
7天前
|
监控 安全 Java
在 Java 中使用线程池监控以及动态调整线程池时需要注意什么?
【10月更文挑战第22天】在进行线程池的监控和动态调整时,要综合考虑多方面的因素,谨慎操作,以确保线程池能够高效、稳定地运行,满足业务的需求。
77 38
|
4天前
|
安全 Java
java 中 i++ 到底是否线程安全?
本文通过实例探讨了 `i++` 在多线程环境下的线程安全性问题。首先,使用 100 个线程分别执行 10000 次 `i++` 操作,发现最终结果小于预期的 1000000,证明 `i++` 是线程不安全的。接着,介绍了两种解决方法:使用 `synchronized` 关键字加锁和使用 `AtomicInteger` 类。其中,`AtomicInteger` 通过 `CAS` 操作实现了高效的线程安全。最后,通过分析字节码和源码,解释了 `i++` 为何线程不安全以及 `AtomicInteger` 如何保证线程安全。
java 中 i++ 到底是否线程安全?
|
8天前
|
Java 调度
[Java]线程生命周期与线程通信
本文详细探讨了线程生命周期与线程通信。文章首先分析了线程的五个基本状态及其转换过程,结合JDK1.8版本的特点进行了深入讲解。接着,通过多个实例介绍了线程通信的几种实现方式,包括使用`volatile`关键字、`Object`类的`wait()`和`notify()`方法、`CountDownLatch`、`ReentrantLock`结合`Condition`以及`LockSupport`等工具。全文旨在帮助读者理解线程管理的核心概念和技术细节。
24 1
[Java]线程生命周期与线程通信
|
6天前
|
安全 Java
在 Java 中使用实现 Runnable 接口的方式创建线程
【10月更文挑战第22天】通过以上内容的介绍,相信你已经对在 Java 中如何使用实现 Runnable 接口的方式创建线程有了更深入的了解。在实际应用中,需要根据具体的需求和场景,合理选择线程创建方式,并注意线程安全、同步、通信等相关问题,以确保程序的正确性和稳定性。
|
3天前
|
存储 Java 关系型数据库
在Java开发中,数据库连接是应用与数据交互的关键环节。本文通过案例分析,深入探讨Java连接池的原理与最佳实践
在Java开发中,数据库连接是应用与数据交互的关键环节。本文通过案例分析,深入探讨Java连接池的原理与最佳实践,包括连接创建、分配、复用和释放等操作,并通过电商应用实例展示了如何选择合适的连接池库(如HikariCP)和配置参数,实现高效、稳定的数据库连接管理。
11 2
|
5天前
|
缓存 Java 调度
Java中的多线程编程:从基础到实践
【10月更文挑战第24天】 本文旨在为读者提供一个关于Java多线程编程的全面指南。我们将从多线程的基本概念开始,逐步深入到Java中实现多线程的方法,包括继承Thread类、实现Runnable接口以及使用Executor框架。此外,我们还将探讨多线程编程中的常见问题和最佳实践,帮助读者在实际项目中更好地应用多线程技术。
11 3
|
6天前
|
Java 数据格式 索引
使用 Java 字节码工具检查类文件完整性的原理是什么
Java字节码工具通过解析和分析类文件的字节码,检查其结构和内容是否符合Java虚拟机规范,确保类文件的完整性和合法性,防止恶意代码或损坏的类文件影响程序运行。
|
6天前
|
监控 安全 Java
Java多线程编程的艺术与实践
【10月更文挑战第22天】 在现代软件开发中,多线程编程是一项不可或缺的技能。本文将深入探讨Java多线程编程的核心概念、常见问题以及最佳实践,帮助开发者掌握这一强大的工具。我们将从基础概念入手,逐步深入到高级主题,包括线程的创建与管理、同步机制、线程池的使用等。通过实际案例分析,本文旨在提供一种系统化的学习方法,使读者能够在实际项目中灵活运用多线程技术。
|
3天前
|
算法 Java 数据库连接
Java连接池技术,从基础概念出发,解析了连接池的工作原理及其重要性
本文详细介绍了Java连接池技术,从基础概念出发,解析了连接池的工作原理及其重要性。连接池通过复用数据库连接,显著提升了应用的性能和稳定性。文章还展示了使用HikariCP连接池的示例代码,帮助读者更好地理解和应用这一技术。
13 1