Java多线程（全）学习笔记（下）

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七．Callable和Future接口

C#可以把任意方法包装成线程执行体，包括那些有返回值的方法。Java也从jdk1.5开始，加入了Callable接口用来扩展Runnable接口的功能，Callable接口提供一个call（）来增强Runnable的run()。因为call（）可以有返回值，可以声明抛出异常。

但是Callable是新增的接口并没有继承Runnable接口，那么肯定不能作为Runnabletarget来直接作为Thread构造方法的参数。必须由一个中间的类来包装Callable对象。这个类就是实现了Future接口（继承至Runnable接口）的FutureTask类。

CODE：

import java.util.concurrent.Callable;

public class CallableThread implements Callable<Integer> {
@Override
public Integer call() throws Exception {
int i=0;
for(;i<6;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"循环："+i);
}
return i;
}
}
----------------------------------------------------------------------------
public class TestCallable {
public static void main(String []args){
try {
CallableThread ct=new CallableThread();
FutureTask<Integer> target=new FutureTask<Integer>(ct);
for(int i=0;i<5;i++){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"循环变量："+i);
if(i==2){
new Thread(target,"子线程").start();
//boolean isDone（）：如果Callable任务已完成，则返回true，否则返回false
System.out.println(target.isDone());
Thread.sleep(1);
}
}
//V get():返回Callable任务里call（）的返回值，调用该方法会导致阻塞,必须等到子线程结束时才会得到返回值
System.out.println("子返回值是："+target.get());
System.out.println(target.isDone());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
-----------
结果：
main循环变量：0
main循环变量：1
main循环变量：2
false
子线程循环：0
子线程循环：1
子线程循环：2
子线程循环：3
子线程循环：4
main循环变量：3
子线程循环：5
main循环变量：4
子返回值是：6
true

八．线程池

Jdk1.5后java也内置支持线程池，为了提高性能。（当程序中需要创建大量生存期很短暂的线程时，更应该考虑使用线程池）

Jdk1.5提供一个Executors工厂类来产生线程池。工厂类中包含5个静态工厂方法来创建线程池：

一.返回类型是ExecutorService的共3个：

1.newFixedThreadPool(intnThreads)

创建一个可重用的，具有固定线程数的线程池

CODE：

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

2.ExecutorServicenewCachedThreadPool()

创建一个具有缓存功能的线程池，系统根据需要创建线程，这些线程将会被缓存在线程池中。

CODE：

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
}

3.newSingleThreadExecutor()

创建一个只有单线程的线程池，等于newFixedThreadPool（1）。

CODE：

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

二.返回类型是ScheduledExecutorService（是ExecutorService的子类）的共2个：

1.newSingleThreadScheduledExecutor()

创建只有一条线程的线程池，它可以在指定延迟后执行线程任务

CODE：

public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
        return new DelegatedScheduledExecutorService
            (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
    }

2.newScheduledThreadPool(intcorePoolSize)

创建具有指定线程数的线程池，它可以在指定延迟后执行线程任务。其中参数指池中所保存的线程数，即使线程时空闲的也被保存在线程池内。

CODE：

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }

ExecutorService代表尽快执行线程的线程池（只要线程池中有空闲线程立即执行线程任务），程序只需要传入Runnable或Callable对象即可。

ExecutorService提供三个方法来执行线程：

1.Future<?>submit（Runnabletarget）：Runnable中run是没有返回值的所以执行完成后返回null，可以调用Future的isDone（），isCanclled（）来判断当前target的执行状态。

2.<T>Future<T>submit(Runnabletarget,Tresult):因为Runnable中run是没有返回值，这里显示指定该Runnable对象线程执行完成返回一个值，这个值就是result。

3.<T>Future<T>submit(Callable<T>target):Callable中的call是有返回值的

ScheduledExecutorService提供以下四个方法：

1.ScheduledFuture<V>schedule(Callable(V)c,longdelay,TimeUnitunit):指定c任务将在delay延迟后执行。

2.ScheduledFuture<?>shedule（Runnabler,longdelay,TimeUnitunit）:指定r任务将在delay延迟后执行。

3.ScheduledFuture<?>scheduleAtFixedRate(Runnabler,longinitialDelay,longperiod,TimeUnitunit):指定r任务将在delay延迟后执行，而且以设定的频率重复执行（在initialDelay后开始执行，然后开始依次在initialDelay+period,initialDelay+period*2...处重复执行）。

4.ScheduledFuture<?>scheduledWithFixedDelay(Runnabler,longnitialDelay,longdelay,TimeUnitunit）：创建并执行一个在给定初始延迟后首次启用的定期操作，随后，在每一次执行中止和下一次执行开始之间都存在给定的延迟。如果任务的任意依次执行时异常，就会取消后序执行。否则，只能通过程序来显示取消或中止该任务。

当用完一个线程池后，应该调用该线程池的shutdown（）方法，启用了shutdown()方法后线程池不再接受新任务，但会将以前所有已提交的任务执行完成,然后启动线程池的关闭序列。

当线程池所有任务都执行完成后，池中所有线程都会死亡，另外也可以调用线程池的shutdownNow（）方法来关闭线程池，该方法试图停止所有正在执行的活动任务，暂停处理正在等待的任务，并返回等待执行的任务列表。

例子：

class TestThread implements Runnable{
public void run() {
           for(int i=0;i<10;i++){
        	   System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+i);
           }
}
}
public class ThreadPoolTest {
public static void main(String []args){
//创建一个固定线程数为3的线程池
ExecutorService pool=Executors.newFixedThreadPool(3);
//像线程池提交10个线程
for(int i=0;i<10;i++){
        pool.submit(new TestThread());
        if(i==4){
       
       
        }
}
//执行完成后关闭线程
pool.shutdown();
}
}
结果：
pool-1-thread-2:1
pool-1-thread-2:2
pool-1-thread-2:3
pool-1-thread-1:9
pool-1-thread-3:8
pool-1-thread-3:9
pool-1-thread-2:4
......

九．附录：线程相关的类

1.ThreadLocal(线程局部变量)

为了避免并发线程的安全问题，可以添加支持泛型的ThreadLocal类（ThreadLocal<T>）。通过使用ThreadLocal可以简化多线程编程时的并发访问，使用这个工具类可以很简洁的写出有没的多线程程序（例如Hibernate的官方提供HibernateUtil类里设置当前线程的局部变量是当前线程副本中session的值）：

Hibernate代码：

  public class HibernateUtil {
/** 日志 */
private static final Log LOG=LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);
/** 线程本地变量*/
private static final ThreadLocal MAP = new ThreadLocal();
/** 会话工厂 */
private static final SessionFactory SESSION_FACTORY;
private HibernateUtil() {
}
static {
try {
LOG.debug("HibernateUtil.static - loading config");
SESSION_FACTORY = new Configuration().configure()
.buildSessionFactory();
LOG.debug("HibernateUtil.static - end");
} catch (HibernateException e) {
throw new RuntimeException("建立会话工厂错误" + e.getMessage(), e);
}
}
/**
 * 获得一个会话从当前的线程变量，当这个任务完成后，用户必须返回会话关闭方法
 */
public static  Session currentSession()throws HibernateException{
Session session=(Session)MAP.get();
//如果会话还没有，就打开会话
if(session==null){
session=SESSION_FACTORY.openSession();
//设置此线程局部变量的值是当前线程副本中session的值
MAP.set(session);
}
return session;
}
/**
 * 关闭会话
 */
public static void closeSession(){
Session session=(Session)MAP.get();
MAP.set(null);
if(session!=null){
session.close();
}
}
}

根据上面代码来看：

线程局部变量功能很简单，就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，使每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会和其他线程的副本冲突。仿佛就好像每一个线程都可以完全拥有该变量

ThreadLocal类提供的常用方法：

1.Tget()：返回此线程局部变量中当前线程副本中的值。

2.voidremove()：删除此线程局部变量中当前线程的值。

3.voidset（Tvalue）：设置此线程局部变量中当前线程副本中的值。

CODE：

/**
 * 线程局部变量测试
 * @author Cloudy
 *
 */
class Accout{
//定义一个ThreadLocal变量，只要调用该类的线程都会保留该变量的一个副本
private ThreadLocal<String>  threadLocal=new ThreadLocal<String>();
//初始化threadLocal
public Accout(String str) {
this.threadLocal.set(str);
System.out.println("-------初始化（为ThreadLocal在main中副本）值是："+this.threadLocal.get());
}
public String getThreadLocal() {
return threadLocal.get();
}
public void setThreadLocal(String threadLocal) {
this.threadLocal.set(threadLocal);
}
}
/**定义一个线程*/
class MyThread implements Runnable{
//模拟一个Accout
private Accout accout;
public MyThread(Accout accout) {
super();
this.accout = accout;
}
//线程执行体
public void run() {
for(int i=0;i<3;i++){
if(i==2){
//设置此线程局部变量的值为当前线程名字
accout.setThreadLocal(Thread.currentThread().getName());
}
System.out.println(i+"------"+Thread.currentThread().getName()+"线程局部变量副本值："+accout.getThreadLocal());
}
}
}
public class ThreadLocalVarTest {
public static void main(String []args){
ExecutorService pool=Executors.newFixedThreadPool(3);
//启动三条线程，公用同一个Accout
Accout ac=new Accout("ThreadLocal本尊");
/*
 * 虽然Accout类的只有一个变量所以ThreadLocal类型的变量就导致了同一个Accout对象，
 * 当i=2后，将会看到3条线程访问同一个ac 而看到不同的ThreadLocal值。
 */
pool.submit(new MyThread(ac));
pool.submit(new MyThread(ac));
pool.submit(new MyThread(ac));
pool.shutdown();
}
}

结果：

-------初始化（为ThreadLocal在main中副本）值是：ThreadLocal本尊

0------pool-1-thread-1线程局部变量副本值：null

1------pool-1-thread-1线程局部变量副本值：null

2------pool-1-thread-1线程局部变量副本值：pool-1-thread-1

0------pool-1-thread-2线程局部变量副本值：null

1------pool-1-thread-2线程局部变量副本值：null

2------pool-1-thread-2线程局部变量副本值：pool-1-thread-2

0------pool-1-thread-3线程局部变量副本值：null

1------pool-1-thread-3线程局部变量副本值：null

2------pool-1-thread-3线程局部变量副本值：pool-1-thread-3

总结：

ThreadLocal并不能代替同步机制，两者面向的问题领域不同，同步机制是为了多个线程同步对相同资源的并发访问，是多个线程之间进行通信的有效方式。而ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享，根本就没有在多个线程之间共享资源，也就更不用对多个线程同步了。

所以：如果进行多个线程之间共享资源，达到线程之间通信功能，就同步。

如果仅仅需要隔离多个线程之间的共享冲突，就是用ThreadLocal。

1.包装线程不安全的集合成为线程安全集合

Java集合中的ArrayList，LinkedList，HashSet，TreeSet，HashMap都是线程不安全的（线程不安全就是当多个线程想这些集合中放入一个元素时，可能会破坏这些集合数据的完整性）

如何将上面的集合类包装成线程安全的呢？

例子：使用Collections的synchronizedMap方法将一个普通HashMap包装成线程安全的类

HashMaphm=Collections.synchronizedMap(newMap());

如果需要包装某个集合成线程安全集合，则应该在创建之后立即包装如上。

3.线程安全的集合类

位于java.util.concurrent包下的ConcurrentHashMap集合和ConcurrentLinkedQueue集合都支持并发访问，分别对应支持并发访问的HashMap和Queue，它们都可以支持多线程并发写访，这些写入线程的所有操作都是线程安全的，但读取的操作不必锁定。（为什么？因为算法我也看不懂）

当多个线程共享访问一个公共集合时，使用ConcurrentLinkedQueue是一个恰当的选择，因为ConcurrentLinkedQueue不允许使用null元素。ConcurrentLinkedQueue实现了多线程的高效访问，多线程访问ConcurrentLinkedQueue集合时不需要等待。

ConcurrentHashMap支持16条多线程并发写入。

用迭代器访问这两种可支持多线程的集合而言，该迭代器可能不反应出创建迭代器之后所做的修改，但不会抛出异常，而如果Collection作为对象，迭代器创建之后修改，则会抛出ConcurrentModificationException。