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Java多線程的開發(fā)技巧

　　導(dǎo)語：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，下面是 Java多線程的開發(fā)技巧，一起來學(xué)習(xí)下吧：

　　不使用線程池的缺點

　　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：

　　1. 新建線程的開銷。線程雖然比進程要輕量許多，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。

　　2. 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。

　　3. 穩(wěn)定性。當線程數(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：

　　1. 任務(wù)以什么順序執(zhí)行

　　2. 可以有多少個任務(wù)并發(fā)執(zhí)行

　　3. 可以有多少個任務(wù)進入等待執(zhí)行隊列

　　4. 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?

　　5. 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)，當然會根據(jù)池類型不同選擇不同的隊列，比如FixedThreadPool和SingleThreadExecutor默認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，并且當達到上限時通過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)，當然線程的異步性導(dǎo)致需要有相應(yīng)機制來保證調(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：

　　01 public class FutureRenderer {

　　02 private final ExecutorService executor = ...;

　　03 void renderPage(CharSequence source) {

　　04 final ListimageInfos = scanForImageInfo(source);

　　05 Callable<list> task =

　　06 new Callable<list>() {

　　07 public Listcall() {

　　08 Listresult

　　09 = new ArrayList();

　　10 for (ImageInfo imageInfo : imageInfos)

　　11 result.add(imageInfo.downloadImage());

　　12 return result;

　　13 }

　　14 };

　　15 Future<list> future = executor.submit(task);

　　16 renderText(source);

　　17 try {

　　18 ListimageData = future.get();

　　19 for (ImageData data : imageData)

　　20 renderImage(data);

　　21 } catch (InterruptedException e) {

　　22 // Re-assert the thread's interrupted status

　　23 Thread.currentThread().interrupt();

　　24 // We don't need the result, so cancel the task too

　　25 future.cancel(true);

　　26 } catch (ExecutionException e) {

　　27 throw launderThrowable(e.getCause());

　　28 }

　　29 }

　　30 }

　　以上代碼關(guān)鍵在于List 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)用者強制取消。比如一個長時間運行的任務(wù)，用戶點擊”cancel”按鈕強行取消

　　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：

　　01 public class PrimeGenerator implements Runnable {

　　02 @GuardedBy("this")

　　03 private final Listprimes

　　04 = new ArrayList();

　　05 private volatile boolean cancelled;

　　06 public void run() {

　　07 BigInteger p = BigInteger.ONE;

　　08 while (!cancelled ) {

　　09 p = p.nextProbablePrime();

　　10 synchronized (this) {

　　11 primes.add(p);

　　12 }

　　13 }

　　14 }

　　15 public void cancel() { cancelled = true; }

　　16 public synchronized Listget() {

　　17 return new ArrayList(primes);

　　18 }

　　19 }

　　2)中斷

　　中斷通常是實現(xiàn)取消最明智的選擇，但線程自身需要支持中斷處理，并且要處理好中斷策略，一般響應(yīng)中斷的方式有兩種：

　　處理完中斷清理后繼續(xù)傳遞中斷異常(InterruptedException)

　　調(diào)用interrupt方法，使得上層能感知到中斷異常

　　3) 取消不可中斷阻塞

　　存在一些不可中斷的阻塞，比如：

　　java.io和java.nio中同步讀寫IO

　　Selector的異步IO

　　獲取鎖

　　對于這些線程的取消，則需要特定情況特定對待，比如對于socket阻塞，如果要安全取消，則需要調(diào)用socket.close()

　　4)JVM的關(guān)閉

　　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：

　　1 public void start() {

　　2 Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread() {

　　3 public void run() {

　　4 try { LogService.this.stop(); }

　　5 catch (InterruptedException ignored) {}

　　6 }

　　7 });

　　8 }

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