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# Java中的線程池

## Java中是實現(xiàn)線程模型的方式

在Java中，線程模型是通過Java線程庫和Java虛擬機(jī)（JVM）的支持來實現(xiàn)的。Java提供了一種簡單而強(qiáng)大的多線程編程模型，允許開發(fā)者創(chuàng)建和管理線程，實現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行的能力。

Java中線程模型的實現(xiàn)主要包括以下幾個關(guān)鍵概念和機(jī)制：

1. Thread類：Java中的線程是通過Thread類表示的。開發(fā)者可以通過繼承Thread類或?qū)崿F(xiàn)Runnable接口來創(chuàng)建自己的線程。通過重寫Thread類的run()方法或在Runnable接口的實現(xiàn)類中實現(xiàn)run()方法，可以定義線程要執(zhí)行的代碼邏輯。

2. 線程狀態(tài)：Java線程可以處于多個狀態(tài)，如新建（New）、就緒（Runnable）、運行（Running）、阻塞（Blocked）和終止（Terminated）等狀態(tài)。線程的狀態(tài)會隨著線程的執(zhí)行和調(diào)度而變化。

3. 線程調(diào)度：Java的線程調(diào)度由JVM負(fù)責(zé)，它決定了線程的執(zhí)行順序和優(yōu)先級。線程調(diào)度可以是搶占式的，即高優(yōu)先級的線程會搶占CPU資源執(zhí)行；也可以是協(xié)同式的，即線程自己主動讓出CPU資源。通過設(shè)置線程的優(yōu)先級可以影響線程的調(diào)度順序。

4. 同步機(jī)制：在多線程編程中，線程訪問共享資源時可能會出現(xiàn)競態(tài)條件（Race Condition）和數(shù)據(jù)不一致等問題。Java提供了多種同步機(jī)制，如synchronized關(guān)鍵字、Lock接口及其實現(xiàn)類、volatile關(guān)鍵字等，用于控制多個線程之間的同步訪問，確保線程安全。

5. 線程間通信：多個線程之間可能需要進(jìn)行通信和協(xié)調(diào)。Java提供了一些機(jī)制來實現(xiàn)線程間的通信，如wait()和notify()方法、Condition接口及其實現(xiàn)類、阻塞隊列等。這些機(jī)制允許線程等待特定條件的發(fā)生，并在條件滿足時進(jìn)行通知。

6. 線程組：Java中的線程可以組織成線程組，以方便對一組線程進(jìn)行管理和控制。線程組可以統(tǒng)一設(shè)置線程的優(yōu)先級、處理未捕獲異常等。

## Java中實現(xiàn)線程池的方式

在Java中，有幾個與線程池相關(guān)的類可以使用。以下是其中一些主要的類：

1. `Executor`：是一個接口，定義了執(zhí)行任務(wù)的方法。

2. `ExecutorService`：也是一個接口，擴(kuò)展了`Executor`接口，并提供了更多管理和控制線程池的方法，比如提交任務(wù)、關(guān)閉線程池等。

3. `Executors`：是一個實用類，提供了創(chuàng)建各種類型線程池的靜態(tài)工廠方法。

4. `ThreadPoolExecutor`：是一個可擴(kuò)展的線程池實現(xiàn)類，實現(xiàn)了`ExecutorService`接口，用于管理和執(zhí)行多線程任務(wù)。

5. `ScheduledExecutorService`：繼承自`ExecutorService`接口，支持在指定的延遲時間后執(zhí)行任務(wù)，或者以固定的時間間隔周期性執(zhí)行任務(wù)。

6. `ScheduledThreadPoolExecutor`：是`ThreadPoolExecutor`的子類，實現(xiàn)了`ScheduledExecutorService`接口，用于創(chuàng)建定時任務(wù)線程池。

這些類提供了豐富的功能和選項來管理線程池，提交任務(wù)，并控制任務(wù)的執(zhí)行方式和調(diào)度。通過使用這些類，可以更好地利用多線程來處理并發(fā)任務(wù)。

##? `Executor` 和 `ExecutorService` 定義了哪些行為

`Executor`接口和`ExecutorService`接口定義了用于執(zhí)行任務(wù)的方法，其中包括以下動作：

`Executor`接口定義了一個單獨的方法：

- `void execute(Runnable command)`: 接受一個`Runnable`任務(wù)，并在將來的某個時間執(zhí)行該任務(wù)。

`ExecutorService`接口繼承了`Executor`接口，并擴(kuò)展了更多管理和控制線程池的方法，包括：

- `void shutdown()`: 平緩關(guān)閉線程池，等待所有已提交的任務(wù)執(zhí)行完成后關(guān)閉。

- `List<Runnable> shutdownNow()`: 立即關(guān)閉線程池，嘗試停止所有正在執(zhí)行的任務(wù)，并返回未執(zhí)行的任務(wù)列表。

- `boolean isShutdown()`: 判斷線程池是否已經(jīng)關(guān)閉。

- `boolean isTerminated()`: 判斷線程池中所有任務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行完成。

- `boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException`: 阻塞當(dāng)前線程，直到線程池中的所有任務(wù)執(zhí)行完成或者達(dá)到指定的超時時間。

- `Future<?> submit(Runnable task)`: 提交一個`Runnable`任務(wù)給線程池執(zhí)行，并返回一個`Future`對象，可以用于獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。

- `Future<T> submit(Runnable task, T result)`: 提交一個`Runnable`任務(wù)給線程池執(zhí)行，并返回一個帶有結(jié)果值的`Future`對象。

- `Future<T> submit(Callable<T> task)`: 提交一個`Callable`任務(wù)給線程池執(zhí)行，并返回一個`Future`對象，可以用于獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。

- `<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException`: 執(zhí)行給定的任務(wù)集合，并返回表示任務(wù)結(jié)果的`Future`列表。該方法會阻塞直到所有任務(wù)執(zhí)行完成。

- `<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException, ExecutionException`: 執(zhí)行給定的任務(wù)集合，并返回其中一個任務(wù)的結(jié)果。一旦有任務(wù)成功執(zhí)行并返回結(jié)果，其他未完成的任務(wù)將被取消。

- `void execute(Runnable command)`: 接受一個`Runnable`任務(wù)，并在將來的某個時間執(zhí)行該任務(wù)。

這些方法提供了對線程池的管理、任務(wù)提交和任務(wù)執(zhí)行結(jié)果獲取的功能。通過使用`ExecutorService`接口的實現(xiàn)類，可以更好地控制和管理多線程任務(wù)的執(zhí)行。

## `Executors`類提供了創(chuàng)建哪些線程池的方法

`Executors`類提供了以下方法用于創(chuàng)建不同類型的線程池：

### 1. `newSingleThreadExecutor()`

創(chuàng)建一個包含單個線程的線程池，用于執(zhí)行任務(wù)。任務(wù)會按照提交的順序依次執(zhí)行。

### 2. `newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory)`

創(chuàng)建一個包含單個線程的線程池，并可以指定線程的工廠來創(chuàng)建線程。

```java

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor(r -> {

? ? Thread thread = new Thread(r);

? ? thread.setName("MyThread-" + thread.getId());

? ? thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

? ? return thread;

});

```

我們直接在newFixedThreadPool()方法中使用Lambda表達(dá)式定義了ThreadFactory的實現(xiàn)。Lambda表達(dá)式接受一個Runnable對象并返回一個Thread對象，這樣就實現(xiàn)了ThreadFactory接口的newThread()方法。在Lambda表達(dá)式的主體中，我們創(chuàng)建了一個新的線程對象，并對其進(jìn)行自定義設(shè)置，然后返回該線程。

### 3. `newFixedThreadPool(int nThreads)`

創(chuàng)建一個固定大小的線程池，線程池中的線程數(shù)量固定為`nThreads`。

### 4. `newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory)`?

創(chuàng)建一個固定大小的線程池，并可以指定線程的工廠來創(chuàng)建線程。

下面是一個簡單的使用例子：

```java

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5, r -> {

? ? Thread thread = new Thread(r);

? ? thread.setName("MyThread-" + thread.getId());

? ? thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

? ? return thread;

});

```

### 5. `newCachedThreadPool()`

創(chuàng)建一個可以根據(jù)需要自動調(diào)整線程數(shù)量的線程池。線程池會根據(jù)任務(wù)的數(shù)量動態(tài)地創(chuàng)建和回收線程。

### 6. `newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory)`

創(chuàng)建一個可以根據(jù)需要自動調(diào)整線程數(shù)量的線程池，并可以指定線程的工廠來創(chuàng)建線程。

```java

ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(r -> {

? ? Thread thread = new Thread(r);

? ? thread.setName("MyThread-" + thread.getId());

? ? thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

? ? return thread;

});

```

### 7. `newSingleThreadScheduledExecutor()`

創(chuàng)建一個包含單個線程的定時執(zhí)行任務(wù)的線程池。

### 8. `newSingleThreadScheduledExecutor(ThreadFactory threadFactory)`

創(chuàng)建一個包含單個線程的定時執(zhí)行任務(wù)的線程池，并可以指定線程的工廠來創(chuàng)建線程。

```java

ScheduledExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor(r -> {

? ? Thread thread = new Thread(r);

? ? thread.setName("MyThread-" + thread.getId());

? ? thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

? ? return thread;

});

```

### 9. `newScheduledThreadPool(int corePoolSize)`

創(chuàng)建一個固定大小的定時執(zhí)行任務(wù)的線程池。

### 10. `newScheduledThreadPool(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory)`

創(chuàng)建一個固定大小的定時執(zhí)行任務(wù)的線程池，并可以指定線程的工廠來創(chuàng)建線程。

```java

ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(corePoolSize, r -> {

? ? Thread thread = new Thread(r);

? ? thread.setName("MyThread-" + thread.getId());

? ? thread.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);

? ? return thread;

});

```

### 11. `newWorkStealingPool()`

創(chuàng)建一個工作竊取線程池，線程數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)的處理能力而定。

### 12. `newWorkStealingPool(int parallelism)`

創(chuàng)建一個指定并行度的工作竊取線程池。

## 創(chuàng)建好線程池之后如何使用

創(chuàng)建好線程池之后，將得到ExecutorService，這時根據(jù)ExecutorService提供的方法，，你可以使用它來提交任務(wù)并管理線程池的執(zhí)行。

以下是一些常見的方法和用法：

1. 提交任務(wù)并獲得 `Future` 對象：使用 `submit()` 方法來提交一個 `Runnable` 或 `Callable` 任務(wù)，并獲得一個 `Future` 對象，用于獲取任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果或監(jiān)控任務(wù)的狀態(tài)。

```java

Future<?> future = executorService.submit(new MyRunnable());

Future<Integer> future = executorService.submit(new MyCallable());

```

2. 執(zhí)行任務(wù)并忽略結(jié)果：使用 `execute()` 方法來提交一個 `Runnable` 任務(wù)，并忽略其返回結(jié)果。

```java

executorService.execute(new MyRunnable());

```

3. 關(guān)閉線程池：使用 `shutdown()` 方法來平緩地關(guān)閉線程池，該方法將允許已提交的任務(wù)執(zhí)行完成，但不接受新的任務(wù)提交。

```java

executorService.shutdown();

```

4. 強(qiáng)制關(guān)閉線程池：使用 `shutdownNow()` 方法來立即關(guān)閉線程池，該方法將嘗試終止正在執(zhí)行的任務(wù)，并返回等待執(zhí)行的任務(wù)列表。

```java

List<Runnable> pendingTasks = executorService.shutdownNow();

```

5. 等待所有任務(wù)完成：使用 `awaitTermination()` 方法來阻塞當(dāng)前線程，直到所有任務(wù)完成或超時。

```java

executorService.shutdown();

boolean terminated = executorService.awaitTermination(5, TimeUnit.SECONDS);

```

通過這些方法，你可以向線程池提交任務(wù)并控制線程池的生命周期。請根據(jù)具體的需求選擇適當(dāng)?shù)姆椒▉砉芾砗褪褂?`ExecutorService` 對象。