很多開發(fā)者談到Java多線程開發(fā)，僅僅停留在new Thread(...).start()或直接使用Executor框架這個層面，對于線程的管理和控制卻不夠深入，通過讀《Java并發(fā)編程實踐》了解到了很多不為我知但又非常重要的細(xì)節(jié)，今日整理如下。
不應(yīng)用線程池的缺點
有些開發(fā)者圖省事，遇到需要多線程處理的地方，直接new Thread(...).start()，對于一般場景是沒問題的，但如果是在并發(fā)請求很高的情況下，就會有些隱患：
- 新建線程的開銷。線程雖然比進(jìn)程要輕量許多，但對于JVM來說，新建一個線程的代價還是挺大的，決不同于新建一個對象
- 資源消耗量。沒有一個池來限制線程的數(shù)量，會導(dǎo)致線程的數(shù)量直接取決于應(yīng)用的并發(fā)量，這樣有潛在的線程數(shù)據(jù)巨大的可能，那么資源消耗量將是巨大的
- 穩(wěn)定性。當(dāng)線程數(shù)量超過系統(tǒng)資源所能承受的程度，穩(wěn)定性就會成問題
制定執(zhí)行策略
在每個需要多線程處理的地方，不管并發(fā)量有多大，需要考慮線程的執(zhí)行策略
- 任務(wù)以什么順序執(zhí)行
- 可以有多少個任何并發(fā)執(zhí)行
- 可以有多少個任務(wù)進(jìn)入等待執(zhí)行隊列
- 系統(tǒng)過載的時候，應(yīng)該放棄哪些任務(wù)？如何通知到應(yīng)用程序？
- 一個任務(wù)的執(zhí)行前后應(yīng)該做什么處理
線程池的類型
不管是通過Executors創(chuàng)建線程池，還是通過Spring來管理，都得清楚知道有哪幾種線程池：
- FixedThreadPool：定長線程池，提交任務(wù)時創(chuàng)建線程，直到池的最大容量，如果有線程非預(yù)期結(jié)束，會補(bǔ)充新線程
- CachedThreadPool：可變線程池，它猶如一個彈簧，如果沒有任務(wù)需求時，它回收空閑線程，如果需求增加，則按需增加線程，不對池的大小做限制
- SingleThreadExecutor：單線程。處理不過來的任務(wù)會進(jìn)入FIFO隊列等待執(zhí)行
- SecheduledThreadPool：周期性線程池。支持執(zhí)行周期性線程任務(wù)
其實，這些不同類型的線程池都是通過構(gòu)建一個ThreadPoolExecutor來完成的，所不同的是corePoolSize,maximumPoolSize,keepAliveTime,unit,workQueue,threadFactory這么幾個參數(shù)。具體可以參見JDK DOC。
線程池飽和策略
由以上線程池類型可知，除了CachedThreadPool其他線程池都有飽和的可能，當(dāng)飽和以后就需要相應(yīng)的策略處理請求線程的任務(wù)，ThreadPoolExecutor采取的方式通過隊列來存儲這些任務(wù)，當(dāng)然會根據(jù)池類型不同選擇不同的隊列，比如FixedThreadPool和SingleThreadExecutor默認(rèn)采用的是無限長度的LinkedBlockingQueue。但從系統(tǒng)可控性講，最好的做法是使用定長的ArrayBlockingQueue或有限的LinkedBlockingQueue，并且當(dāng)達(dá)到上限時通過ThreadPoolExecutor.setRejectedExecutionHandler方法設(shè)置一個拒絕任務(wù)的策略，JDK提供了AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardPolicy、DiscardOldestPolicy幾種策略，具體差異可見JDK DOC
線程無依賴性
多線程任務(wù)設(shè)計上盡量使得各任務(wù)是獨立無依賴的，所謂依賴性可兩個方面：
- 線程之間的依賴性。如果線程有依賴可能會造成死鎖或饑餓
- 調(diào)用者與線程的依賴性。調(diào)用者得監(jiān)視線程的完成情況，影響可并發(fā)量
當(dāng)然，在有些業(yè)務(wù)里確實需要一定的依賴性，比如調(diào)用者需要得到線程完成后結(jié)果，傳統(tǒng)的Thread是不便完成的，因為run方法無返回值，只能通過一些共享的變量來傳遞結(jié)果，但在Executor框架里可以通過Future和Callable實現(xiàn)需要有返回值的任務(wù)，當(dāng)然線程的異步性導(dǎo)致需要有相應(yīng)機(jī)制來保證調(diào)用者能等待任務(wù)完成，關(guān)于Future和Callable的用法見下面的實例就一目了然了：
- public class FutureRenderer {
- private final ExecutorService executor = ...;
- void renderPage(CharSequence source) {
- final List<ImageInfo> imageInfos = scanForImageInfo(source);
- Callable<List<ImageData>> task =
- new Callable<List<ImageData>>() {
- public List<ImageData> call() {
- List<ImageData> result
- = new ArrayList<ImageData>();
- for (ImageInfo imageInfo : imageInfos)
- result.add(imageInfo.downloadImage());
- return result;
- }
- };
- Future<List<ImageData>> future = executor.submit(task);
- renderText(source);
- try {
- List<ImageData> imageData = future.get();
- for (ImageData data : imageData)
- renderImage(data);
- } catch (InterruptedException e) {
- // Re-assert the thread's interrupted status
- Thread.currentThread().interrupt();
- // We don't need the result, so cancel the task too
- future.cancel(true);
- } catch (ExecutionException e) {
- throw launderThrowable(e.getCause());
- }
- }
- }
以上代碼關(guān)鍵在于List<ImageData> imageData = future.get();如果Callable類型的任務(wù)沒有執(zhí)行完時，調(diào)用者會阻塞等待。不過這樣的方式還是得謹(jǐn)慎使用，很容易造成不良設(shè)計。另外對于這種需要等待的場景，就需要設(shè)置一個最大容忍時間timeout，設(shè)置方法可以在future.get()加上timeout參數(shù)，或是再調(diào)用ExecutorService.invokeAll 加上timeout參數(shù)
線程的取消與關(guān)閉
一般的情況下是讓線程運行完成后自行關(guān)閉，但有些時候也會中途取消或關(guān)閉線程，比如以下情況：
- 調(diào)用者強(qiáng)制取消。比如一個長時間運行的任務(wù)，用戶點擊"cancel"按鈕強(qiáng)行取消
- 限時任務(wù)
- 發(fā)生不可處理的任務(wù)
- 整個應(yīng)用程序或服務(wù)的關(guān)閉
因此需要有相應(yīng)的取消或關(guān)閉的方法和策略來控制線程，一般有以下方法：
1）通過變量標(biāo)識來控制
這種方式比較老土，但使用得非常廣泛，主要缺點是對有阻塞的操作控制不好，代碼示例如下所示：
- public class PrimeGenerator implements Runnable {
- @GuardedBy("this")
- private final List<BigInteger> primes
- = new ArrayList<BigInteger>();
- private volatile boolean cancelled;
- public void run() {
- BigInteger p = BigInteger.ONE;
- while (!cancelled ) {
- p = p.nextProbablePrime();
- synchronized (this) {
- primes.add(p);
- }
- }
- }
- public void cancel() { cancelled = true; }
- public synchronized List<BigInteger> get() {
- return new ArrayList<BigInteger>(primes);
- }
- }
如果有任務(wù)需要在JVM關(guān)閉之前做一些清理工作，而不是被JVM強(qiáng)硬關(guān)閉掉，可以使用JVM的鉤子技術(shù)，其實JVM鉤子也只是個很普通的技術(shù)，也就是用個map把一些需要JVM關(guān)閉前啟動的任務(wù)保存下來，在JVM關(guān)閉過程中的某個環(huán)節(jié)來并發(fā)啟動這些任務(wù)線程。具體使用示例如下：