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Java領(lǐng)域中的線程機(jī)制-線程(三)

來源:千鋒教育
發(fā)布人:qyf
時(shí)間: 2022-08-03 15:45:41 1659512741

  基本實(shí)現(xiàn)

1

  在java中,Java官方提供了三種方式來幫助我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)線程,其中:

  第一種方式:繼承 Thread 對(duì)象:extends Thread

  // 自定義線程對(duì)象

  class ApplicationThread extends Thread {

  public void run() {

  // 線程需要執(zhí)行的代碼

  ......

  }

  }

  其中,Thread 類本質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)了Runnable 接口的一個(gè)實(shí)例,代表一個(gè)線程的實(shí)例。啟動(dòng)線程的唯一方

  法就是通過Thread 類的start()實(shí)例方法。start()方法是一個(gè)native 方法,它將啟動(dòng)一個(gè)新線程,并執(zhí)行run()方法。

  第二種方式:實(shí)現(xiàn) Runnable 接口(無返回值):implements Runnable

  // 實(shí)現(xiàn)Runnable接口

  class ApplicationThread implements Runnable {

  @Override

  public void run() {

  // 線程需要執(zhí)行的代碼

  ......

  }

  }

  其中,如果自己的類已經(jīng)extends 另一個(gè)類,就無法直接extends Thread,此時(shí),可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)Runnable 接口。

  第三種方式:實(shí)現(xiàn)Callable 接口(有返回值):implements Callable

  // 實(shí)現(xiàn)Runnable接口

  class ApplicationThread implements Callable {

  @Override

  public void run() {

  // 線程需要執(zhí)行的代碼

  ......

  }

  }

  其中,執(zhí)行Callable 任務(wù)后,可以獲取一個(gè)Future 的對(duì)象,在該對(duì)象上調(diào)用get 就可以獲取到Callable 任務(wù)返回的Object對(duì)象。

  第四種方式:基于線程池方式創(chuàng)建:線程和數(shù)據(jù)庫連接這些資源都是非常寶貴的資源。那么每次需要的時(shí)候創(chuàng)建,不需要的時(shí)候銷毀,是非常浪費(fèi)資源的。那么我們就可以使用緩存的策略,也就是使用線程池。

2

  Java 里面線程池的頂級(jí)接口是Executor,但是嚴(yán)格意義上講Executor 并不是一個(gè)線程池,而只是一個(gè)執(zhí)行線程的工具。真正的線程池接口是ExecutorService。

  Java主要提供了newCachedThreadPool,newFixedThreadPool,newScheduledThreadPool以及newSingleThreadExecutor 等4種線程池。

  目前業(yè)界線程池的設(shè)計(jì),普遍采用的都是生產(chǎn)者 - 消費(fèi)者模式。線程池的使用方是生產(chǎn)者,線程池本身是消費(fèi)者。

  Java 并發(fā)包里提供的線程池,比較強(qiáng)大且復(fù)雜。Java 提供的線程池相關(guān)的工具類中,最核心的是 ThreadPoolExecutor,通過名字你也能看出來,它強(qiáng)調(diào)的是 Executor,而不是一般意義上的池化資源。

  ThreadPoolExecutor(

  int corePoolSize,

  int maximumPoolSize,

  long keepAliveTime,

  TimeUnit unit,

  BlockingQueueworkQueue,

  ThreadFactory threadFactory,

  RejectedExecutionHandler handler)

  對(duì)于這些參數(shù)的意義,我們可以把線程池類比為一個(gè)項(xiàng)目組,而線程就是項(xiàng)目組的成員。其中:

  corePoolSize:表示線程池保有的最小線程數(shù)。

  maximumPoolSize:表示線程池創(chuàng)建的最大線程數(shù)。

  keepAliveTime & unit:一個(gè)線程如果在一段時(shí)間內(nèi),都沒有執(zhí)行任務(wù),說明很閑,keepAliveTime 和 unit 就是用來定義這個(gè)“一段時(shí)間”的參數(shù)。也就是說,如果一個(gè)線程空閑了keepAliveTime & unit這么久,而且線程池的線程數(shù)大于 corePoolSize ,那么這個(gè)空閑的線程就要被回收。

  workQueue:工作隊(duì)列。

  threadFactory:通過這個(gè)參數(shù)你可以自定義如何創(chuàng)建線程名稱。

  handler:通過這個(gè)參數(shù)你可以自定義任務(wù)的拒絕策略。

  其中,Java在ThreadPoolExecutor 已經(jīng)提供了以下 4 種策略:

  CallerRunsPolicy:提交任務(wù)的線程自己去執(zhí)行該任務(wù)

  AbortPolicy:默認(rèn)的拒絕策略,會(huì) throws RejectedExecutionException

  DiscardPolicy:直接丟棄任務(wù),沒有任何異常拋出

  DiscardOldestPolicy:丟棄最老的任務(wù),其實(shí)就是把最早進(jìn)入工作隊(duì)列的任務(wù)丟棄,然后把新任務(wù)加入到工作隊(duì)列

  同時(shí), Java 在 1.6 版本還增加了 allowCoreThreadTimeOut(boolean value) 方法,表示可以讓所有線程都支持超時(shí)。

  調(diào)度方式

1

  由于CPU的計(jì)算頻率非常高,每秒計(jì)算數(shù)十億次,因此可以將CPU的時(shí)間從毫秒的維度進(jìn)行分段,每一小段叫作一個(gè)CPU時(shí)間片。

  目前操作系統(tǒng)中主流的線程調(diào)度方式是:基于CPU時(shí)間片方式進(jìn)行線程調(diào)度。

  線程只有得到CPU時(shí)間片才能執(zhí)行指令,處于執(zhí)行狀態(tài),沒有得到時(shí)間片的線程處于就緒狀態(tài),等待系統(tǒng)分配下一個(gè)CPU時(shí)間片。

  由于時(shí)間片非常短,在各個(gè)線程之間快速地切換,因此表現(xiàn)出來的特征是很多個(gè)線程在“同時(shí)執(zhí)行”或者“并發(fā)執(zhí)行”。

  在Javs多視程環(huán)境中,為了保證所有線程都能按照一定的策略執(zhí)行,JVM 需要有一個(gè)線程調(diào)變器支持工作。

  這個(gè)調(diào)度器定義了線程測(cè)度的策略,通過特定的機(jī)制為多個(gè)線分配CPU的使用權(quán),線程調(diào)度器中一般包含多種調(diào)度策略算法,由這些算法來決定CPU的分配。

  除此之外,每個(gè)線程還有自己的優(yōu)先級(jí)(比如有高,中、低級(jí)別)調(diào)度算法會(huì)通過這些優(yōu)先級(jí)來實(shí)現(xiàn)優(yōu)先機(jī)制。

  常見線程的調(diào)度模型目前主要分為兩種:(分時(shí))協(xié)同式調(diào)度模型和搶占式調(diào)度模型。

  搶占式調(diào)度:

  系統(tǒng)按照線程優(yōu)先級(jí)分配CPU時(shí)間片

  優(yōu)先級(jí)高的線程優(yōu)先分配CPU時(shí)間片,如果所有就緒線程的優(yōu)先級(jí)相同,那么會(huì)隨機(jī)選擇一個(gè),優(yōu)先級(jí)高的線程獲取的CPU時(shí)間片相對(duì)多一些。

  每個(gè)或程的執(zhí)行時(shí)間和或候的切換高由調(diào)度落控劃,調(diào)度器按照某種略為每個(gè)線穆分配執(zhí)行時(shí)間,

  調(diào)度器可能會(huì)為每個(gè)線整樣分配相的執(zhí)行時(shí)間,也可能為某些特定線程分配較長(zhǎng)的執(zhí)行時(shí)間,甚至在極準(zhǔn)情況下還可能不給某熱線程分!執(zhí)行時(shí)同片,從而導(dǎo)致某技線相得不到執(zhí)行,

  在搶占式調(diào)支機(jī)制下,一個(gè)線程的堵事不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)進(jìn)程堵客

  (分時(shí))協(xié)同式調(diào)度:

  系統(tǒng)平均分配CPU的時(shí)間片,所有線程輪流占用CPU,即在時(shí)間片調(diào)度的分配上所有線程“人人平等”。

  某一線相執(zhí)行完后會(huì)主動(dòng)通知調(diào)度器切換現(xiàn)下一個(gè)線程上繼續(xù)執(zhí)行。

  在這種模式下,線程的執(zhí)行時(shí)間由線程本身控物,也就是說線程的切換點(diǎn)是可以預(yù)先知道的。

  在這種模式下,如果某個(gè)錢程的邏輯輯存在問題,則可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行到一半就阻塞了,最終會(huì)導(dǎo)致整個(gè)進(jìn)程阻塞,甚至更糟可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。

  由于目前大部分操作系統(tǒng)都是使用搶占式調(diào)度模型進(jìn)行線程調(diào)度,Java的線程管理和調(diào)度是委托給操作系統(tǒng)完成的,與之相對(duì)應(yīng),Java的線程調(diào)度也是使用搶占式調(diào)度模型,因此Java的線程都有優(yōu)先級(jí)。

  主要是 因?yàn)镴ava的線程調(diào)度涉及JVM的實(shí)現(xiàn),JVM規(guī)范中規(guī)定每個(gè)線程都有各自的優(yōu)先級(jí),且優(yōu)先級(jí)越高,則越優(yōu)先執(zhí)行。

  但是,優(yōu)先級(jí)越高并不代表能獨(dú)占執(zhí)行時(shí)間,可能優(yōu)先級(jí)越高得到的執(zhí)行時(shí)間越長(zhǎng),反之,優(yōu)先級(jí)越低的線程得到執(zhí)行時(shí)間越短,但不會(huì)出現(xiàn)不分配執(zhí)行時(shí)間的情況。

  假如有若干個(gè)線程,我們想讓一些線程擁有更多的執(zhí)行時(shí)間或者少分配點(diǎn)執(zhí)行時(shí)間,那么就可以通過設(shè)置線程的優(yōu)先級(jí)來實(shí)現(xiàn)。

  所有處于可執(zhí)行狀態(tài)的線程都在一個(gè)隊(duì)列中,且每個(gè)線程都有自己的優(yōu)先級(jí),JVM 線程調(diào)度器會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)來決定每次的執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行頻率。

  但是,優(yōu)先級(jí)高的線程一定會(huì)先執(zhí)行嗎?我們能否在 Java 程序中通過優(yōu)先級(jí)值的大小來控制線程的執(zhí)行順序呢?

  答案是肯定不能的。主要是因?yàn)橛绊懢€程優(yōu)先級(jí)語義的因素有很多,具體如下:

  不同版本的操作系統(tǒng)和 JVM 都可能會(huì)產(chǎn)生不同的行為

  優(yōu)先級(jí)對(duì)于不同的操作系統(tǒng)調(diào)度器來說可能有不同的語義;有些操作系統(tǒng)的調(diào)度器不支持優(yōu)先級(jí)

  對(duì)于操作系統(tǒng)來說,線程的優(yōu)先級(jí)存在“全局”和“本地”之分,不同進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)一般相互獨(dú)立

  不同的操作系統(tǒng)對(duì)優(yōu)先級(jí)定義的值不一樣,Java 只定義了 1~10

  操作系統(tǒng)常常會(huì)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間得不到運(yùn)行的線程給予增加一定的優(yōu)先級(jí)

  操作系統(tǒng)的線程調(diào)度器可能會(huì)在線程發(fā)生等待時(shí)有一定的臨時(shí)優(yōu)先級(jí)調(diào)整策略

  JVM 線程調(diào)度器的調(diào)度策略決定了上層多線程的運(yùn)行機(jī)制,每個(gè)線程執(zhí)行的時(shí)間都由它分配管理。

  調(diào)度器將按照線程優(yōu)先級(jí)對(duì)線程的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行分配,優(yōu)先級(jí)越高得到的 CPU執(zhí)行時(shí)間越長(zhǎng),執(zhí)行頻率也可能更大。

  Java把線程優(yōu)先級(jí)分為10個(gè)級(jí)別,線程在創(chuàng)建時(shí)如果沒有明確聲明優(yōu)先級(jí),則使用默認(rèn)優(yōu)先級(jí)。

  Java定義了 Thread.MIN_PRIORITY、Thread.NORM PRIORITY和 Thread.MAXPRIORITY這3個(gè)常量,分別代表最小優(yōu)先級(jí)值(1)、默認(rèn)優(yōu)先級(jí)值(5)和最大優(yōu)先級(jí)值(10)。

  此外,由于JVM 的實(shí)現(xiàn)是以宿主操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的,所以Java各優(yōu)先級(jí)與不同操作系統(tǒng)的原生線程優(yōu)先級(jí)必然存在著某種映射關(guān)系,這樣才能夠封裝所有操作系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)來提供統(tǒng)一的優(yōu)先級(jí)語義。

  一般情況下,在Linux中可能要與-20~19之間的優(yōu)先級(jí)值進(jìn)行映射,而Windows系統(tǒng)則有9個(gè)優(yōu)先級(jí)要映射。

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