Java并发编程笔记（一）

《Java并发编程实战》水平很高，然而并不是本好书。组织混乱、长篇大论、难以消化，中文翻译也较死板。这里是一篇批评此书的帖子，很是贴切。俗话说：“看到有这么多人骂你，我就放心了”。

然而知识总是要学的。这里就总结一下书中及网络上的内容，作为Java并发编程之旅的结束，不再浪费时间了。

两个部分

这本书实际上可以分为两个部分。一是多线程的控制，二是并发同步的管理。把它们揉在一起，思路很难清晰。本文就先介绍第一部分，多线程的控制。

Thread和Runnable

在Java 5.0之前，多线程编程就是直接操作Thread。可以从Thread类派生一个类，或者实现Runnable接口的run()方法，然后调用Thread.start()启动线程。

线程的几种状态：

Java 5.0增加了java.util.concurrent包，才有了线程池等强大的工具。

Java线程池

参见Java线程池系列文章。本文略做总结。

阻塞队列 BlockingQueue

阻塞队列，顾名思义，它在基本队列的基础上，还有阻塞的功能。即，如果队列已满，则入队操作阻塞等待，直到有空位；如果队列已空，则出队操作阻塞等待，直到队列有元素。相应的方法分别为put()和take()。

阻塞队列有几种实现：

1. ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。
2. LinkedBlockingQueue：基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。
3. SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue。
4. PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。

自己实现线程池

就是一个简单的生产者、消费者模型。线程池中的线程是消费者，循环地从阻塞队列中提取任务，执行任务。

Java线程池

Java线程池的接口是ExecutorService，它有几个实现。以ThreadPoolExecutor为例，它的使用方式是：

BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5);  
          
ExecutorService threadPoolExecutor =  
        new ThreadPoolExecutor(  
                corePoolSize,  //初始线程数
                maxPoolSize,   //最大线程数
                keepAliveTime, //空闲线程最大存活时间 
                TimeUnit.MILLISECONDS,  //时间单位
                queue          // 任务的阻塞队列
        );  

要使用这个线程池，可以使用它提供的如下方法：

• execute(Runnable) 没有返回值 。
• submit(Runnable) 返回Future对象，代表未完成的结果（由于Runnable没有返回值所以内容为空）。
• submit(Callable) 返回Future对象，代表未完成的结果。
• invokeAny(Collection) 执行所有任务，返回第一个完成的结果。
• invokeAll(Collection) 执行所有任务，返回Future对象列表。

最后，使用shutdown()和shutdownNow()来关闭线程池，停止其中的线程。前者采用后文讲到的interrupt方式温和关闭，后者则调用Thread.stop()强行关闭。

Executors类

上面的线程池使用起来还是太具体了，还需要自己创建线程池，还要自己传阻塞队列进去，不好用。于是Java提供了一个帮助类Executors，非常常用。

来看它的常用方法：

• newFixedThreadPool(): 创建固定数量的线程池。
• newCachedThreadPool(): 创建动态维护线程数的线程池。
• newSingleThreadExecutor(): 创建单线程的线程池。

Callable接口和Future接口

Runnable接口的问题在于没有返回值，过于简单了。因此加入了Callable接口。相比于Runnable，一是有返回值，二是可以抛出异常。
Future就是异步编程中对一个还没有完成的任务的抽象，相当于C#中的Task。同样有cancel()、isDone()等方法，调用get()则阻塞地获取结果。
FutureTask是Future的一个具体实现类，并且不光实现了Future，还实现了Runnable接口，使其用旧方式也可调用。具体可见 Runnable、Callable、Future、FutureTask的区别。

任务的取消

这是一个高级话题。Java建议不要用stop()粗暴地杀死线程，而是采用interrupt()这种温和的方式。当线程调用wait()或sleep()等阻塞时，对这个线程调用interrupt()会使线程醒来，并受到InterruptedException，且线程的中断标记被设置。如何处理这种情况取决于线程自己。具体参见这篇文章。