多线程和线程池的理解运用

引言：这是一篇关于线程的博客，会基于这个开辟出一个关于多线程和线程池的专题，包括了使用，底层源码解析以及一些相关的面试题的理解。

可能对于初学者来说，线程池和多线程还是理解的不是很清楚。

多线程

（1）多线程是一种并发的执行机制，指的是在程序中一个进程运行多个线程，来提高资源的利用率和执行的效率。

（2）每个线程有独立的执行路径，但是使用的内存是同一个进程的内存空间，比如堆、方法区。

（3）多线程的目的是让程序能够并发执行多个任务。

创建多线程的方法

（1）通过类extends thread，重写run方法，创建对象，.start()方法启动线程。

优缺点：继承thread类，使用难度低，简单方便，但是Java属于单继承，若创建多线程通过继承的方法来实现，无法继承其他类，线程任务和线程进行了耦合，灵活性低。

public class NewThread extends Thread {@Overridepublic void run() {for (int i=0;i<5;i++){System.out.println("子线程执行："+ i);}}public static void main(String[] args) {NewThread t=new NewThread();t.start();for (int i=0;i<5;i++){System.out.println("主线程执行："+i);}}
}

（2）通过implements Runnable来实现run() 方法，同时创建实例，将实例传入thread对象中。

优缺点：通过implements 解决了无法多继承的弊病，实现了功能的解耦，但是run方法没有返回值，无法直接获得线程的返回值，同时无法知晓线程的抛出的问题信息。

public class NewThread implements Runnable{@Overridepublic void run() {for (int i=0;i<5;i++){System.out.println("这是子线程："+i);}}public static void main(String[] args) {NewThread t=new NewThread();Thread tt=new Thread(t);tt.start();for (int i=0;i<5;i++){System.out.println("这是主线程："+i);}}

（3）通过Callable接口+FutureTask类，与Runnable相似，但是有返回值，且可以抛出异常。

优缺点：首先同样避免单继承，同时可以获取返回值，抛出异常，但是在获取返回结果的时候，有可能会将线程阻塞。

public class NewThread implements Callable {@Overridepublic Integer call() throws Exception {int sum=0;for (int i=0;i<=5;i++){sum+=i;}return sum;}public static void main(String[] args) throws Exception {NewThread t=new NewThread();FutureTask<Integer> task=new FutureTask<>(t);Thread th=new Thread(task);th.start();int sum=task.get();System.out.println("子线程的计算结果是："+sum);}
}

（4）通过线程池的技术来实现，其可以高效的管理多个线程，创建，删除，复用等。通过Executors这个工具类

public class NewThread{public static void main(String[] args) {ExecutorService ex= Executors.newFixedThreadPool(3);for (int i=0;i<5;i++){ex.submit(new Runnable(){@Overridepublic void run() {System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getId()+"执行任务");}});}ex.shutdown();}
}

优缺点：高效管理线程，减少资源消耗；适合大量并发任务场景（如服务器开发）。需要手动管理线程池的关闭，否则可能导致程序无法退出。

线程池

线程池的原理

  线程池是一种池化技术，用于预先创建并且管一组线程，避免频繁的创建和销毁线程的开销，提高性能和相应速度。他几个关键的配置有：核心线程数，最大线程数，空闲存活时间，工作队列，拒绝策略。

通过看线程池的各个重要参数，以及源码中代表的含义：

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, //这是核心线程数，一直保持N个线程int maximumPoolSize,//最大线程数，最多创建N个线程long keepAliveTime, //非核心线程空闲N秒后销毁。TimeUnit unit, //时间单位（秒，分，时，日等）BlockingQueue<Runnable> workQueue // 任务队列，最多缓存N个任务) {this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);}

主要的工作原理如下：

1.在默认情况下，线程不会预先创建，一般任务提交的时候才会创建，但是可以通过设置prestartAllCoreThreads可以预先创建核心线程。

2.创建线程，在当前的线程数小于核心线程的情况下，会继续使用核心线程来执行任务。

3.当核心线程数都在工作是，还有任务提交，就会进入，任务队列中等待。

4.现在如果任务队列满了同时核心线程数都在工作，就会创建非核心线程，来安排任务工作，直到创建到的线程数量到达最多线程数量。

5.当任务队列满了，线程数量也到达了最大的线程数量之后，就会产生拒绝策略。

6.如果任务稀少，和线程的空闲时间到达存活时间，那么线程就会销毁，直到线程数到达核心线程数。

 在面试鸭看到一个有趣的解释：

线程池可以理解为，去银行办理业务：默认有6个柜台，当没有人去银行办理业务时候，柜台小姐姐都是拉呱玩耍的，有人去办理业务，先开三个柜台来办理业务，若三个柜台都有人在办理业务，那来的先去等候区，若此时等候区也满了，就去新开另外三个柜台，随着办理业务人员增多，新开的柜台也都有人在办理业务，排队等候区也满了，那你还要来办理业务？？想搞事呢？？明天再来，或者去前面找个人插队，把第一个等候区的人赶走……，这就 是经理的拒绝策略。

工作队列的不同类型

SysnchronousQusus:不存储任务，直将任务提交给任务。

LinkedBlockingQueue :链表结构的阻塞队列，大小无限。

ArrayBlockingQueue：数组结构的有界阻塞队列。

PriorityBlockingQueue：优先级的误解阻塞队列。

不同线程池的类型

java 并发库中提供了5种常见的线程池实现，只要通过executors工具来创建。

（1）FixedThreadPool： 创建一个固定熟练过的线程池。线程池中的线程数量是固定的，空闲的线程会被复用，线程都在忙则会将新任务放入队列中等待。是适合负载稳定的场景，任务数量确定，且不需要动态调整线程数。

（2）CachedThreadPool：一个可以根据需要创建线程的线程池。线程数的线程没有上线，空闲线程会在60秒后被回收，如果有新任务没有可用线程，会创建新线程，适合短期大量并发任务场景任务执行时间短且线程需求变化较大。

（3）SingleThreadExecutor：创建一个只有单线程的线程池。只有一个线程处理任务，任务会按照提交的顺序执行，适用于需要保证任务按顺序执行的场景，或者不需要处理并发任务的情况。

（4）ScheduledThreadPool：支持定时任务和周期性任务的线程池，可以定时或以固定的频率执行任务。线程池大小也可以有用户指定，使用与需求周期性任务执行的场景，如定时任务的调度。

（5）WorkStealingPool：基于任务窃取算法的线程池。线程池中的每个线程维护一个双端队列，线程可以从自己的队列中取任务执行，如果线程的任务队列为空，他可以从其他队列中拿到任务来执行，形成负载均衡的效果。适合大量小型任务并执行，特别是递归算法或大人物分解成小任务的场景。

4种拒绝策略

1）AbortPolicy，当任务队列满且没有线程空闲时，此时添加任务会直接抛出 RejectedExecutionException 错误，这也是默认的拒绝策略。适用于必须通知调用者任务未能被执行的场景。

2）CallerRunsPolicy，当任务队列满且没有线程空闲时，此时添加的任务由即刻调用者线程执行。适用于希望通过减缓任务提交速度来稳定系统的场景。

3）DiscardOldestPolicy，当任务队列满且没有线程空闲时，会删除最早的任务，然后重新提交当前任务。适用于希望丢弃最旧的任务以保证新的重要任务能够被处理的场景。

4）DiscardPolicy，直接丢弃当前提交的任务，不会执行任何操作，也不会抛出异常。适用于对部分任务丢弃没有影响的场景，或系统负载较高时不需要处理所有任务。

这四种拒绝策略是 Java 线程池（ThreadPoolExecutor）中 RejectedExecutionHandler 接口的实现方式，分别对应不同的业务需求：

策略	特点	使用场景
AbortPolicy	抛异常，强制反馈	需要立即感知任务失败
CallerRunsPolicy	调用线程自己执行	控制任务提交速率，避免雪崩
DiscardOldestPolicy	丢弃最老任务	优先保障新任务处理
DiscardPolicy	无声丢弃	可容忍任务丢失，如日志、监控等

为什么线程池要先使用阻塞队列，而不是直接增加线程？

因为每创建一个线程都会占用一定的系统资源（如栈空间、线程调度开销等），直接增加线程会迅速消耗系统资源，导致性能下降。

使用阻塞队列可以将任务暂存，避免线程数量无限增长，确保资源利用率更高。

如果阻塞队列都满了，说明此时系统负载很大，再去增加线程到最大线程数去消化任务即可。

举个例子：老板现在手下有 10 个人在干活（核心线程数），突然活变多了，每个人干不过来了，此时老板不会立马招人，它会让这些活积累一下（放到阻塞队列中），看看过段时间能不能消化掉。如果老板发现这个活积累的实在太多了（队列满了），他才会继续招人（达到最大线程数）。这就是所谓的人员（线程）有成本。

这些大概就是这一篇的全部内容，不想再一篇种写太长，太多的内容所有就大致再这里结尾，但是之后肯定会有其他的相关多线程和线程池的内容，写出来的，敬请期待！！