《编写高质量代码》学习笔记（3）
建议125：优先选择线程池
在Java1.5之前，实现多线程比较麻烦，需要自己启动线程，并关注同步资源，防止出现线程死锁等问题，在1.5版本之后引入了并行计算框架，大大简化了多线程开发。我们知道一个线程有五个状态：新建状态(NEW)、可运行状态(Runnable，也叫作运行状态)、阻塞状态(Blocked)、等待状态(Waiting)、结束状态(Terminated)，线程的状态只能由新建转变为了运行状态后才能被阻塞或等待，最后终结，不可能产生本末倒置的情况，比如把一个结束状态的线程转变为新建状态，则会出现异常，例如如下代码会抛出异常：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建一个线程，新建状态
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程正在运行");
}
});
// 运行状态
t.start();
// 是否是运行状态，若不是则等待10毫秒
while (!t.getState().equals(Thread.State.TERMINATED)) {
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(10);
}
// 直接由结束转变为云心态
t.start();
}此段程序运行时会报java.lang.IllegalThreadStateException异常，原因就是不能从结束状态直接转变为运行状态，我们知道一个线程的运行时间分为3部分：T1为线程启动时间，T2为线程的运行时间，T3为线程销毁时间，如果一个线程不能被重复使用，每次创建一个线程都需要经过启动、运行、销毁时间，这势必增大系统的响应时间，有没有更好的办法降低线程的运行时间呢？
T2是无法避免的，只有通过优化代码来实现降低运行时间。T1和T2都可以通过线程池(Thread Pool)来缩减时间，比如在容器(或系统)启动时，创建足够多的线程，当容器(或系统)需要时直接从线程池中获得线程，运算出结果，再把线程返回到线程池中___ExecutorService就是实现了线程池的执行器，我们来看一个示例代码：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 2个线程的线程池
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
// 多次执行线程体
for (int i = 0; i < 4; i++) {
es.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
});
}
// 关闭执行器
es.shutdown();
}此段代码首先创建了一个包含两个线程的线程池，然后在线程池中多次运行线程体，输出运行时的线程名称，结果如下： pool-1-thread-1 pool-1-thread-2 pool-1-thread-1 pool-1-thread-2
本次代码执行了4遍线程体，按照我们之前阐述的" 一个线程不可能从结束状态转变为可运行状态 "，那为什么此处的2个线程可以反复使用呢？这就是我们要搞清楚的重点。
线程池涉及以下几个名词：
- 工作线程(Worker)：线程池中的线程，只有两个状态：可运行状态和等待状态，没有任务时它们处于等待状态，运行时它们循环的执行任务。
- 任务接口(Task)：这是每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度器调度，它主要规定了任务的入口、任务执行完的场景处理，任务的执行状态等。这里有两种类型的任务：具有返回值(异常)的Callable接口任务和无返回值并兼容旧版本的Runnable接口任务。
- 任务对列(Work Quene)：也叫作工作队列，用于存放等待处理的任务，一般是BlockingQuene的实现类，用来实现任务的排队处理。
我们首先从线程池的创建说起，Executors.newFixedThreadPool(2)表示创建一个具有两个线程的线程池，源代码如下：
public class Executors {
//生成一个最大为nThreads的线程池执行器
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
}这里使用了LinkedBlockingQueue作为队列任务管理器，所有等待处理的任务都会放在该对列中，需要注意的是，此队列是一个阻塞式的单端队列。线程池建立好了，那就需要线程在其中运行了，线程池中的线程是在submit第一次提交任务时建立的，代码如下：
public Future<?> submit(Runnable task) {
//检查任务是否为null
if (task == null) throw new NullPointerException();
//把Runnable任务包装成具有返回值的任务对象，不过此时并没有执行，只是包装
RunnableFuture<Object> ftask = newTaskFor(task, null);
//执行此任务
execute(ftask);
//返回任务预期执行结果
return ftask;
}此处的代码关键是execute方法，它实现了三个职责。
- 创建足够多的工作线程数，数量不超过最大线程数量，并保持线程处于运行或等待状态。
- 把等待处理的任务放到任务队列中
- 从任务队列中取出任务来执行
其中此处的关键是工作线程的创建，它也是通过new Thread方式创建的一个线程，只是它创建的并不是我们的任务线程(虽然我们的任务实现了Runnable接口，但它只是起了一个标志性的作用)，而是经过包装的Worker线程，代码如下：
private final class Worker implements Runnable {
// 运行一次任务
private void runTask(Runnable task) {
/* 这里的task才是我们自定义实现Runnable接口的任务 */
task.run();
/* 该方法其它代码略 */
}
// 工作线程也是线程，必须实现run方法
public void run() {
try {
Runnable task = firstTask;
firstTask = null;
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
runTask(task);
task = null;
}
} finally {
workerDone(this);
}
}
// 任务队列中获得任务
Runnable getTask() {
/* 其它代码略 */
for (;;) {
return r = workQueue.take();
}
}
}此处为示意代码，删除了大量的判断条件和锁资源。execute方法是通过Worker类启动的一个工作线程，执行的是我们的第一个任务，然后改线程通过getTask方法从任务队列中获取任务，之后再继续执行，但问题是任务队列是一个BlockingQuene，是阻塞式的，也就是说如果该队列的元素为0，则保持等待状态，直到有任务进入为止，我们来看LinkedBlockingQuene的take方法，代码如下：
public E take() throws InterruptedException {
E x;
int c = -1;
final AtomicInteger count = this.count;
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lockInterruptibly();
try {
try {
// 如果队列中的元素为0，则等待
while (count.get() == 0)
notEmpty.await();
} catch (InterruptedException ie) {
notEmpty.signal(); // propagate to a non-interrupted thread
throw ie;
}
// 等待状态结束，弹出头元素
x = extract();
c = count.getAndDecrement();
// 如果队列数量还多于一个，唤醒其它线程
if (c > 1)
notEmpty.signal();
} finally {
takeLock.unlock();
}
if (c == capacity)
signalNotFull();
// 返回头元素
return x;
}分析到这里，我们就明白了线程池的创建过程：创建一个阻塞队列以容纳任务，在第一次执行任务时创建做够多的线程(不超过许可线程数)，并处理任务，之后每个工作线程自行从任务对列中获得任务，直到任务队列中的任务数量为0为止，此时，线程将处于等待状态，一旦有任务再加入到队列中，即召唤醒工作线程进行处理，实现线程的可复用性。
使用线程池减少的是线程的创建和销毁时间，这对于多线程应用来说非常有帮助，比如我们常用的Servlet容器，每次请求处理的都是一个线程，如果不采用线程池技术，每次请求都会重新创建一个新的线程，这会导致系统的性能符合加大，响应效率下降，降低了系统的友好性。
省略了很多东西，因为有一些东西现在对于自己来说还不是那么实用，后边还有几个章节的内容也没有整理，是因为感觉是一些更加广泛的东西。有一些东西仍然很有针对性，但是在这里就不给出了。