通过java.util.concurrent写多线程程序

在JDK 1.5之前，要实现多线程的功能，得用到Thread这个类，通过这个类设计多线程程序，需要考虑性能，死锁，资源等很多因素，一句话，就是相当麻烦，而且很容易出问题。所幸的是，在JDK1.5之后,java.util.concurrent包出现了，这是一个设计良好的多线程工具类，本文就将介绍该类的基本使用方法。
按照本博的风格，依然是先扔上一段示例代码，然后我们再慢慢讲解

package com.giantray;

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestConcurrent {
      
       public static ExecutorService exec =  Executors.newCachedThreadPool();
      
       public void startMutilThread()
      {
             int taskNum = 2;
             final CountDownLatch cd = new CountDownLatch(taskNum );

                          //任务1
             exec.submit(new Runnable(){

                   @Override
                   public void run()
                  {
                        System. out.println("1 start" );
                         try {
                              Thread. sleep(3000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                        }
                        cd.countDown();
                        System. out.println("1 end" );
                  }
                  
            });
            
             //任务2
             exec.submit(new Runnable(){

                   @Override
                   public void run()
                  {
                        System. out.println("2 start" );
                        cd.countDown();
                        System. out.println("2 end" );
                  }
                  
            });
      
            System. out.println("submit end" );
             try
            {
                  cd.await();
            }
             catch (InterruptedException e)
            {
                  
            }
            System. out.print("end" );
      }
       public static void main(String[] args) {
            TestConcurrent testThread = new TestConcurrent();
            testThread.startMutilThread();
      }
}

输出

1 start
submit end
2 start
2 end
1 end
end

下面进行详细介绍：

一、使用流程

1、ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool()；获得一个线程池

2、final CountDownLatch cd = new CountDownLatch(taskNum ); 定义计数器，指定要并发执行的任务数

3、 exec .submit( new Runnable(){};定义任务的执行逻辑

4、cd.countDown();任务结束了,要让计数器减1

5、cd.await();表示等待计数器小于等于0时，再继续往下走其他逻辑

二、线程池的管理

除了示例中的newCachedThreadPool()，也有其他各种类型的线程池：

1、newFixedThreadPool（固定大小线程池）

线程数是固定的，例如线程数设为1，则需要等待任务1结束后，才执行任务2；如设为2，则两个任务能同时执行

2、newCachedThreadPool（无限制大小的线程池）

线程数无固定大小，当前无可用线程，就回创建新线程。如果任务1没结束，那么启动任务2时，就会新建线程，这时线程池大小为2；但假如启动任务2时，任务1已结束，则不会新建线程，会沿用任务1使用的线程

3、newSingleThreadExecutor（单线程）

使用单线程池时，就没办法同时执行多个任务，因此，本例中的任务1执行完后，才会执行任务2

4、newScheduledThreadPool（定时任务线程池）

支持定时任务的线程池，与Timer，Quartz一样，常见于一些定时任务调度程序

三、计数器CountDownLatch

1、示例讲解

在示例中，我们通过多线程执行了两个任务。之后我们需要知道，两个任务是否都执行结束？都执行结束了，我们才能继续执行接下来的其他逻辑。为了这个目的，需要引入CountDownLatch这个计数器。先声明一个计算量为TaskNum（2）的计数器，接着，每个任务执行结束时，要执行countDown()方法，而最后的await()方法表示，如果CountDownLatch不为零，那么就在这里等待，下面的逻辑会被阻塞住，不会继续执行，等待两个任务都执行结束了--执行两次countDown()方法，计数器等于0，这时候程序才会继续往下执行System.
out.print("end")这行代码

2、它的兄弟CyclicBarrier

还有一个类似CountDownLatch的计数器，名为CyclicBarrier。这两者的区别：CountDownLatch被减至0后，是不能重置的。而CyclicBarrier被减至0后，会自动恢复至初始值，因此它是一个循环的计数器，举一个例子，运动员跑步，这是一个任务，而这个任务，又分为运动员准备，以及开跑两个子任务，所有的运动员，必须等待其他运动员都”准备“好后，才能起跑。为了实现这个逻辑，及可以用到CyclicBarrier，CyclicBarrier的计数初始值为运动员数量，运动员准备完毕时，让计数器减1，这时候它不会进行”开跑“，等到计数器减为0时，所有运动员才同时“起跑”，并且会重新恢复至初始值，等到所有运动员都跑完时，计数器才又恢复为0，这时候，才能再继续执行其他任务。而如果使用CyclicBarrier，在线程执行过程中，是不能等待其他线程的，不能等其他线程都“准备”好了，所有线程再一起“开跑”

四、并发执行

多运行几次示例程序，会发现，有时候，"2 start"会早于"1 start"输出，因此，不一定是先submit的任务，就先“开始执行”。这也告诉我们，不能想当然地以为，任务1先submit，就可以在任务1里做一些全局初始化的工作，然后在任务2里可以去拿任务1初始化的变量。

五、线程池的生命周期管理

1、三种基本状态

线程池的生命周期有三个状态，运行，关闭，终止。初始化线程时，处于运行状态，执行shutdown()方法后，处于关闭状态，但这时候线程任务会继续执行，当所有任务都结束后，才会变成终止状态。

2、shutdown()与shutdownNow()的区别

这两个方法都用于关闭线程池

shutdown() 关闭线程池，但之前提交的任务，会继续执行；如果新提交任务，会抛异常

shutdownNow() 马上关闭线程池，之前提交的任务，如果还未执行完，会被终止，且抛出异常

3、shutdown()的作用

释放系统资源。做了一个简单的实验，开999个线程，执行shutdown操作后，通过eclipse自带的内存监控插件可以看到，内存占用减少了5MB左右
让程序能够退出。java程序，如果存在未关闭的线程池，是无法在程序逻辑结束后，自动退出的。不信，你可以简单的写个main方法，main方法调用多线程逻辑且不关闭线程池。运行main方法，会发现eclipse结果视图中,那个小红方块一直没有变灰，这说明程序一直没有退出。如果在main方法增加shutdown()方法，这个程序才能正常退出（或者在程序最后加System.exit(0)，这样程序也可以强制退出）





让程序有序退出。这是什么意思呢？讲一个例子，你就明白了。假如你的程序正在并发执行任务，而且还一直会提交新的任务。这时候，该如何设计程序的“退出”功能呢？首先，为了任务的原子性，希望能执行完已提交的任务，并且阻止新的任务提交。这时候，就得用到了shutdown()了。退出功能的代码可以是这样：

System.out.println("准备退出程序");
service.shutdown();
while (true) {
     try {
          System.out.println("等待“已提交任务”执行结束");
          //awaitTerminationm,先等待5秒，再检查任务是否结束
          if (service.awaitTermination(5, TimeUnit.SECONDS)) {
               break;
          }
     } catch (InterruptedException e) {
     }
}
System.out.println("”已提交任务“执行完，程序可以安全退出");

六、获取线程任务的执行结果

如果想知道任务的执行结果，就得使用Future和Callable。Future可以拿到结果，而Callable能返回值，用于产生结果

对示例代码做下修改，其中，task1.get()将拿到call()方法的return值，也就是示例中的"false"

int taskNum = 1;
final CountDownLatch cd = new CountDownLatch(taskNum);

Future<Boolean> task1 = exec.submit(new Callable<Boolean>(){

	@Override
	public Boolean call() throws Exception {
		System.out.println("1 start");

		cd.countDown();
		
		System.out.println("1 end");
		return false;
	}
	
});

try {
	cd.await();
	Boolean result = task1.get();
	System.out.println("result : " + result);
} catch (InterruptedException e) {
	e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
	e.printStackTrace();
}
System.out.print("end");