前言

我曾經(jīng)對自己的小弟說，如果你實在搞不清楚什么時候用HashMap，什么時候用ConcurrentHashMap，那么就用后者，你的代碼bug會很少。

他問我：ConcurrentHashMap是什么？ -.-

編程不是炫技。大多數(shù)情況下，怎么把代碼寫簡單，才是能力。

多線程生來就是復雜的，也是容易出錯的。一些難以理解的概念，要規(guī)避。本文不講基礎(chǔ)知識，因為你手里就有jdk的源碼。

線程

Thread

第一類就是Thread類。大家都知道有兩種實現(xiàn)方式。第一可以繼承Thread覆蓋它的run方法；第二種是實現(xiàn)Runnable接口，實現(xiàn)它的run方法；而第三種創(chuàng)建線程的方法，就是通過線程池。

我們的具體代碼實現(xiàn)，就放在run方法中。

我們關(guān)注兩種情況。一個是線程退出條件，一個是異常處理情況。

線程退出

有的run方法執(zhí)行完成后，線程就會退出。但有的run方法是永遠不會結(jié)束的。結(jié)束一個線程肯定不是通過Thread.stop()方法，這個方法已經(jīng)在java1.2版本就廢棄了。所以我們大體有兩種方式控制線程。

定義退出標志放在while中

代碼一般長這樣。

private volatile boolean flag= true;
public void run() {
 while (flag) {
 }
}

標志一般使用volatile進行修飾，使其讀可見，然后通過設(shè)置這個值來控制線程的運行，這已經(jīng)成了約定俗成的套路。

使用interrupt方法終止線程

類似這種。

while（！isInterrupted（））{……}

對于InterruptedException，比如Thread.sleep所拋出的，我們一般是補獲它，然后靜悄悄的忽略。中斷允許一個可取消任務來清理正在進行的工作，然后通知其他任務它要被取消，最后才終止，在這種情況下，此類異常需要被仔細處理。

interrupt方法不一定會真正”中斷”線程，它只是一種協(xié)作機制。interrupt方法通常不能中斷一些處于阻塞狀態(tài)的I/O操作。比如寫文件，或者socket傳輸?shù)?。這種情況，需要同時調(diào)用正在阻塞操作的close方法，才能夠正常退出。

interrupt系列使用時候一定要注意，會引入bug，甚至死鎖。

異常處理

java中會拋出兩種異常。一種是必須要捕獲的，比如InterruptedException，否則無法通過編譯；另外一種是可以處理也可以不處理的，比如NullPointerException等。

在我們的任務運行中，很有可能拋出這兩種異常。對于第一種異常，是必須放在try,catch中的。但第二種異常如果不去處理的話，會影響任務的正常運行。

有很多同學在處理循環(huán)的任務時，沒有捕獲一些隱式的異常，造成任務在遇到異常的情況下，并不能繼續(xù)執(zhí)行下去。如果不能確定異常的種類，可以直接捕獲Exception或者更通用的Throwable。

while（！isInterrupted（））{
 try{
 ……
 }catch(Exception ex){
 ……
 }
}

同步方式

java中實現(xiàn)同步的方式有很多，大體分為以下幾種。

• synchronized 關(guān)鍵字
• wait、notify等
• Concurrent包中的ReentrantLock
• volatile關(guān)鍵字
• ThreadLocal局部變量

生產(chǎn)者、消費者是wait、notify最典型的應用場景，這些函數(shù)的調(diào)用，是必須要放在synchronized代碼塊里才能夠正常運行的。它們同信號量一樣，大多數(shù)情況下屬于炫技，對代碼的可讀性影響較大，不推薦。關(guān)于ObjectMonitor相關(guān)的幾個函數(shù)，只要搞懂下面的圖，就基本ok了。

使用ReentrantLock最容易發(fā)生錯誤的就是忘記在finally代碼塊里關(guān)閉鎖。大多數(shù)同步場景下，使用Lock就足夠了，而且它還有讀寫鎖的概念進行粒度上的控制。我們一般都使用非公平鎖，讓任務自由競爭。非公平鎖性能高于公平鎖性能，非公平鎖能更充分的利用cpu的時間片，盡量的減少cpu空閑的狀態(tài)時間。非公平鎖還會造成餓死現(xiàn)象：有些任務一直獲取不到鎖。

synchronized通過鎖升級機制，速度不見得就比lock慢。而且，通過jstack，能夠方便的看到其堆棧，使用還是比較廣泛。

volatile總是能保證變量的讀可見，但它的目標是基本類型和它鎖的基本對象。假如是它修飾的是集合類，比如Map，那么它保證的讀可見是map的引用，而不是map對象，這點一定要注意。

synchronized和volatile都體現(xiàn)在字節(jié)碼上（monitorenter、monitorexit），主要是加入了內(nèi)存屏障。而Lock，是純粹的java api。

ThreadLocal很方便，每個線程一份數(shù)據(jù)，也很安全，但要注意內(nèi)存泄露。假如線程存活時間長，我們要保證每次使用完ThreadLocal，都調(diào)用它的remove()方法（具體來說是expungeStaleEntry），來清除數(shù)據(jù)。

關(guān)于Concurrent包

concurrent包是在AQS的基礎(chǔ)上搭建起來的，AQS提供了一種實現(xiàn)阻塞鎖和一系列依賴FIFO等待隊列的同步器的框架。

線程池

最全的線程池大概有7個參數(shù)，想要合理使用線程池，肯定不會不會放過這些參數(shù)的優(yōu)化。

線程池參數(shù)

concurrent包最常用的就是線程池，平常工作建議直接使用線程池，Thread類就可以降低優(yōu)先級了。我們常用的主要有newSingleThreadExecutor、newFixedThreadPool、newCachedThreadPool、調(diào)度等，使用Executors工廠類創(chuàng)建。

newSingleThreadExecutor可以用于快速創(chuàng)建一個異步線程，非常方便。而newCachedThreadPool永遠不要用在高并發(fā)的線上環(huán)境，它用的是無界隊列對任務進行緩沖，可能會擠爆你的內(nèi)存。

我習慣性自定義ThreadPoolExecutor，也就是參數(shù)最全的那個。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) 

假如我的任務可以預估，corePoolSize，maximumPoolSize一般都設(shè)成一樣大的，然后存活時間設(shè)的特別的長。可以避免線程頻繁創(chuàng)建、關(guān)閉的開銷。I/O密集型和CPU密集型的應用線程開的大小是不一樣的，一般I/O密集型的應用線程就可以開的多一些。

threadFactory我一般也會定義一個，主要是給線程們起一個名字。這樣，在使用jstack等一些工具的時候，能夠直觀的看到我所創(chuàng)建的線程。

監(jiān)控

高并發(fā)下的線程池，最好能夠監(jiān)控起來。可以使用日志、存儲等方式保存下來，對后續(xù)的問題排查幫助很大。

通常，可以通過繼承ThreadPoolExecutor，覆蓋beforeExecute、afterExecute、terminated方法，達到對線程行為的控制和監(jiān)控。

線程池飽和策略

最容易被遺忘的可能就是線程的飽和策略了。也就是線程和緩沖隊列的空間全部用完了，新加入的任務將如何處置。jdk默認實現(xiàn)了4種策略，默認實現(xiàn)的是AbortPolicy，也就是直接拋出異常。下面介紹其他幾種。

DiscardPolicy 比abort更加激進，直接丟掉任務，連異常信息都沒有。

CallerRunsPolicy 由調(diào)用的線程來處理這個任務。比如一個web應用中，線程池資源占滿后，新進的任務將會在tomcat線程中運行。這種方式能夠延緩部分任務的執(zhí)行壓力，但在更多情況下，會直接阻塞主線程的運行。

DiscardOldestPolicy 丟棄隊列最前面的任務，然后重新嘗試執(zhí)行任務（重復此過程）。

很多情況下，這些飽和策略可能并不能滿足你的需求，你可以自定義自己的策略，比如將任務持久化到一些存儲中。

阻塞隊列

阻塞隊列會對當前的線程進行阻塞。當隊列中有元素后，被阻塞的線程會自動被喚醒，這極大的提高的編碼的靈活性，非常方便。在并發(fā)編程中，一般推薦使用阻塞隊列，這樣實現(xiàn)可以盡量地避免程序出現(xiàn)意外的錯誤。阻塞隊列使用最經(jīng)典的場景就是socket數(shù)據(jù)的讀取、解析，讀數(shù)據(jù)的線程不斷將數(shù)據(jù)放入隊列，解析線程不斷從隊列取數(shù)據(jù)進行處理。

ArrayBlockingQueue對訪問者的調(diào)用默認是不公平的，我們可以通過設(shè)置構(gòu)造方法參數(shù)將其改成公平阻塞隊列。

LinkedBlockingQueue隊列的默認最大長度為Integer.MAX_VALUE，這在用做線程池隊列的時候，會比較危險。

SynchronousQueue是一個不存儲元素的阻塞隊列。每一個put操作必須等待一個take操作，否則不能繼續(xù)添加元素。隊列本身不存儲任何元素，吞吐量非常高。對于提交的任務，如果有空閑線程，則使用空閑線程來處理；否則新建一個線程來處理任務”。它更像是一個管道，在一些通訊框架中（比如rpc），通常用來快速處理某個請求，應用較為廣泛。

DelayQueue是一個支持延時獲取元素的無界阻塞隊列。放入DelayQueue的對象需要實現(xiàn)Delayed接口，主要是提供一個延遲的時間，以及用于延遲隊列內(nèi)部比較排序。這種方式通常能夠比大多數(shù)非阻塞的while循環(huán)更加節(jié)省cpu資源。

另外還有PriorityBlockingQueue和LinkedTransferQueue等，根據(jù)字面意思就能猜測它的用途。在線程池的構(gòu)造參數(shù)中，我們使用的隊列，一定要注意其特性和邊界。比如，即使是最簡單的newFixedThreadPool，在某些場景下，也是不安全的，因為它使用了無界隊列。

CountDownLatch

假如有一堆接口A-Y，每個接口的耗時最大是200ms，最小是100ms。

我的一個服務，需要提供一個接口Z，調(diào)用A-Y接口對結(jié)果進行聚合。接口的調(diào)用沒有順序需求，接口Z如何在300ms內(nèi)返回這些數(shù)據(jù)？

此類問題典型的還有賽馬問題，只有通過并行計算才能完成問題。歸結(jié)起來可以分為兩類：

• 實現(xiàn)任務的并行性
• 開始執(zhí)行前等待n個線程完成任務

在concurrent包出現(xiàn)之前，需要手工的編寫這些同步過程，非常復雜?，F(xiàn)在就可以使用CountDownLatch和CyclicBarrier進行便捷的編碼。

CountDownLatch是通過一個計數(shù)器來實現(xiàn)的，計數(shù)器的初始值為線程的數(shù)量。每當一個線程完成了自己的任務后，計數(shù)器的值就會減1。當計數(shù)器值到達0時，它表示所有的線程已經(jīng)完成了任務，然后在閉鎖上等待的線程就可以恢復執(zhí)行任務。

CyclicBarrier與其類似，可以實現(xiàn)同樣的功能。不過在日常的工作中，使用CountDownLatch會更頻繁一些。

信號量

Semaphore雖然有一些應用場景，但大部分屬于炫技，在編碼中應該盡量少用。

信號量可以實現(xiàn)限流的功能，但它只是常用限流方式的一種。其他兩種是漏桶算法、令牌桶算法。

hystrix的熔斷功能，也有使用信號量進行資源的控制。

Lock && Condition

在Java中，對于Lock和Condition可以理解為對傳統(tǒng)的synchronized和wait/notify機制的替代。concurrent包中的許多阻塞隊列，就是使用Condition實現(xiàn)的。

但這些類和函數(shù)對于初中級碼農(nóng)來說，難以理解，容易產(chǎn)生bug，應該在業(yè)務代碼中嚴格禁止。但在網(wǎng)絡(luò)編程、或者一些框架類工程中，這些功能是必須的，萬不可將這部分的工作隨便分配給某個小弟。

End

不管是wait、notify，還是同步關(guān)鍵字或者鎖，能不用就不用，因為它們會引發(fā)程序的復雜性。最好的方式，是直接使用concurrent包所提供的機制，來規(guī)避一些編碼方面的問題。

concurrent包中的CAS概念，在一定程度上算是無鎖的一種實現(xiàn)。更專業(yè)的有類似disruptor的無鎖隊列框架，但它依然是建立在CAS的編程模型上的。近些年，類似AKKA這樣的事件驅(qū)動模型正在走紅，但編程模型簡單，不代表實現(xiàn)簡單，背后的工作依然需要多線程去協(xié)調(diào)。

golang引入?yún)f(xié)程(coroutine)概念以后，對多線程加入了更加輕量級的補充。java中可以通過javaagent技術(shù)加載quasar補充一些功能，但我覺得你不會為了這丁點效率去犧牲編碼的可讀性。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，謝謝大家對腳本之家的支持。

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