線程池 JMM 內存模型

線程池 & JMM 內存模型

文章目錄

線程池 & JMM 內存模型
線程池
- 線程池的創建
- ThreadPoolExecutor 七大參數
- 飽和策略
- ExecutorService 提交線程任務對象執行的方法：
- ExecutorService 關閉線程池的方法：
- 線程池最大線程數如何確定？
volatile - 多線程之間共享變量的可見性
JMM 內存模型
- 八種操作
- JMM 對這八種指令的使用，制定了如下規則：

線程池

使用線程池可以實現線程的復用，減少頻繁創建和銷毀線程對象造成的資源消耗。

好處：

降低資源消耗：減少了創建和銷毀線程的次數；
提高響應速度：不需要頻繁的創建線程；
提高線程的可管理性：線程池可以約束系統中最多的線程數；

線程池的創建

java.util.concurrent.Executors 提供了一系列靜態方法創建線程池對象，線程池在 Java 中表現為 ExecutorService 接口。

使用 ThreadPoolExecutor 構造方法；
使用 Executor 框架的?具類 Executors：實際也是調用了 ThreadPoolExecutor 構造方法，阿里巴巴開發手冊強烈不允許使用該種方式。

FixedThreadPool ：該方法返回?個固定線程數量的線程池。該線程池中的線程數量始終不變。當有?個新的任務提交時，線程池中若有空閑線程，則立即執行。若沒有，則新的任務會被暫存在?個任務隊列中，待有線程空閑時，便處理在任務隊列中的任務。
SingleThreadExecutor：方法返回?個只有?個線程的線程池。若多余?個任務被提交到該線程池，任務會被保存在?個任務隊列中，待線程空閑，按先入先出的順序執?隊列中的任務。
CachedThreadPool：該方法返回?個可根據實際情況調整線程數量的線程池。線程池的線程數量不確定，但若有空閑線程可以復?，則會優先使用可復?的線程。若所有線程均在?作，又有新的任務提交，則會創建新的線程處理任務。所有線程在當前任務執行完畢后，將返回線程池進行復?。

推薦創建線程池方式：ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, // 核心線程數5, // 最大線程數，超出阻塞隊列時才會觸發最大線程數3, // 超出核心線程數時，終止空閑線程的等待時間TimeUnit.SECONDS, // 時間單位new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), // 阻塞隊列Executors.defaultThreadFactory(), // 默認創建線程工廠new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 拒絕策略
);

ThreadPoolExecutor 七大參數

corePoolSize：核心線程數，保留在線程池中的線程數，即使它們處于空閑狀態，除非設置了allowCoreThreadTimeOut；
maximumPoolSize：最大線程數，當工作隊列中存放的任務達到隊列容量的時候，當前可以同時運行的線程數量變為最?線程數；
keepAliveTime：當線程數大于核心線程數時，這是多余空閑線程在終止前等待新任務的最長時間；
unit：keepAliveTime 參數的時間單位；
workQueue：工作隊列，超出核心線程數的任務會保存在任務隊列，這個隊列將只保存 execute 方法提交的 Runnable任務；
threadFactory：執行程序創建新線程時使用的工廠；
handler：飽和策略（拒絕策略），執行被阻塞時使用的處理程序，因為達到了線程邊界和隊列容量；

飽和策略

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy ：拋出 RejectedExecutionException 來拒絕新任務的處理。
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy ：調用執行自己的線程運行任務（使用提交該任務的線程執行）。您不會任務請求。但是這種策略會降低對于新任務提交速度，影響程序的整體性能。另外，這個策略喜歡增加隊列容量。如果您的應?程序可以承受此延遲并且你不能任務丟棄任何?個任務請求的話，你可以選擇這個策略。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy ：不處理新任務，直接丟棄掉。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy ：此策略將丟棄最早的未處理的任務請求。

ExecutorService 提交線程任務對象執行的方法：

Future<?> submit(Runnable task)：提交一個 Runnable 的任務對象給線程池執行；
Future<?> submit(Callable task)：提交一個 Callable 的任務對象給線程池執行，可以通過 get() 得到返回結果。
public void execute(Runnable command)：不返回結果使用 execute；

ExecutorService 關閉線程池的方法：

shutdown()：等待任務執行完畢以后才會關閉線程池；
shutdownNow()：立即關閉線程池的代碼，無論任務是否執行完畢，相當于給每個線程調用了 intercept() 方法。

線程池提交線程任務對象會自動啟動線程執行。

ExecutorService pools = Executors.newFixedThreadPool(3);// 實現 Callable 接口
Future<String> result= pools.submit((Callable<String>) () -> {});
// 獲取線程執行返回的結果
String r = result.get()// 實現 Runnable 接口
pools.submit(() -> {});

線程池最大線程數如何確定？

CPU 密集型：定義為機器 CPU 核數，Runtime.getRuntime().availableProcessors()
IO 密集型：定義為 IO 密集線程的 2 倍；

線程池主要執行流程

在這里插入圖片描述

volatile - 多線程之間共享變量的可見性

引入：A 線程修改了共享變量的值，但是在主線程中讀取到的還是之前的值，修改后的值無法讀取到。

解釋：根據 JMM 內存模型，線程在本地內存中會有共享變量的副本，A 線程修改了其本地內存的變量更新到主內存中，當主線程操作共享變量時，還是讀取的主線程中本地內存的共享變量副本，此時還沒有跟主內存共享變量同步，導致無法讀取到修改后的值，這個現象稱為線程之間共享變量的不可見性。

解決方案：

加鎖：

? a. 線程獲得鎖；

? b. 清空本地工作內存；

? c. 從主內存中拷貝最新值到工作內存；

使用 volatile 關鍵字修飾共享變量：使用 volatile 關鍵字修飾的變量被修改后，主內存更新后會將其他線程本地工作內存中的變量副本失效，重新讀取主內存的最新值，從而保證了可見性。

區別：volatile 關鍵字不保證原子性。

volatile 是 Java 虛擬機提供輕量級的同步機制。

特點：

保證可見性
不保證原子性
禁止指令重排

JMM 內存模型

在這里插入圖片描述

JMM (Java Memory Model)，Java 內存模型。是 Java 虛擬機規范中所定義的一種內存模型。 Java 內存模型(Java Memory Model)描述了 Java 程序中各種變量(線程共享變量)的訪問規則，以及在 JVM 中將變量存儲到內存和從內存中讀取變量這樣的底層細節。所有的共享變量都存儲于主內存。這里所說的變量指的是實例變量和類變量。不包含局部變量，因為局部變量是線程私有的，因此不存在競爭問題。每一個線程還存在自己的工作內存，線程的工作內存，保留了被線程使用的變量的工作副本。線程對變量的所有的操作(讀，取)都必須在工作內存中完成，而不能直接讀寫主內存中的變量，不同線程之間也不能直接訪問對方工作內存中的變量，線程間變量的值的傳遞需要通過主內存完成。

八種操作

內存交互操作有 8 種，虛擬機實現必須保證每一個操作都是原子的，不可在分的（對于double和long類型的變量來說，load、store、read 和 write 操作在某些平臺上允許例外）

lock （鎖定）：作用于主內存的變量，把一個變量標識為線程獨占狀態；
unlock （解鎖）：作用于主內存的變量，它把一個處于鎖定狀態的變量釋放出來，釋放后的變量才可以被其他線程鎖定；
read （讀取）：作用于主內存變量，它把一個變量的值從主內存傳輸到線程的工作內存中，以便隨后的 load動作使用；
load （載入）：作用于工作內存的變量，它把 read 操作從主存中變量放入工作內存中；
use （使用）：作用于工作內存中的變量，它把工作內存中的變量傳輸給執行引擎，每當虛擬機遇到一個需要使用到變量的值，就會使用到這個指令；
assign （賦值）：作用于工作內存中的變量，它把一個從執行引擎中接受到的值放入工作內存的變量副本中
store （存儲）：作用于主內存中的變量，它把一個從工作內存中一個變量的值傳送到主內存中，以便后續的 write 使用
write （寫入）：作用于主內存中的變量，它把 store 操作從工作內存中得到的變量的值放入主內存的變量中

JMM 對這八種指令的使用，制定了如下規則：

不允許 read 和 load、store 和 write 操作之一單獨出現。即使用了read 必須 load，使用了store 必須 write
不允許線程丟棄他最近的 assign 操作，即工作變量的數據改變了之后，必須告知主存
不允許一個線程將沒有 assign 的數據從工作內存同步回主內存
一個新的變量必須在主內存中誕生，不允許工作內存直接使用一個未被初始化的變量。就是懟變量實施 use、store 操作之前，必須經過 assign 和 load 操作
一個變量同一時間只有一個線程能對其進行 lock。多次 lock 后，必須執行相同次數的 unlock 才能解鎖
如果對一個變量進行 lock 操作，會清空所有工作內存中此變量的值，在執行引擎使用這個變量前，必須重新load 或 assign 操作初始化變量的值
如果一個變量沒有被 lock，就不能對其進行 unlock 操作。也不能 unlock 一個被其他線程鎖住的變量
對一個變量進行 unlock 操作之前，必須把此變量同步回主內存