From 8ee6d680967af7f07635e8bccfbec5445fe443a6 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: CyC2018 Date: Wed, 28 Oct 2026 22:51:25 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?Update=20Java=20=E5=B9=B6=E5=8F=91.md?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit 补充手写简化版线程池及其与 ThreadPoolExecutor 的对应关系（新增附录 A6），补充虚拟线程的链接；Daemon、sleep()、yield() 移到 Executor 之前。 --- notes/Java 并发.md | 176 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++--------- 1 file changed, 143 insertions(+), 33 deletions(-) diff --git a/notes/Java 并发.md b/notes/Java 并发.md index 8d56d80a..3400ae19 100644 --- a/notes/Java 并发.md +++ b/notes/Java 并发.md @@ -7,11 +7,11 @@ * [继承 Thread 类](#继承-thread-类) * [实现接口 VS 继承 Thread](#实现接口-vs-继承-thread) * [二、基础线程机制](#二基础线程机制) - * [Executor](#executor) - * [ThreadPoolExecutor](#threadpoolexecutor) * [Daemon](#daemon) * [sleep()](#sleep) * [yield()](#yield) + * [Executor](#executor) + * [ThreadPoolExecutor](#threadpoolexecutor) * [三、中断](#三中断) * [InterruptedException](#interruptedexception) * [interrupted()](#interrupted) @@ -82,6 +82,8 @@ 实现 Runnable 和 Callable 接口的类只能当做一个可以在线程中运行的任务，不是真正意义上的线程，因此最后还需要通过 Thread 来调用。可以理解为任务是通过线程驱动从而执行的。 +这里的线程都是平台线程，每个对应一个操作系统线程。JDK 21 的虚拟线程由 JVM 调度到少量平台线程上运行，见[协程与虚拟线程](计算机操作系统%20-%20进程管理.md#5-协程)。 + ### 实现 Runnable 接口 需要实现接口中的 run() 方法。 @@ -157,6 +159,49 @@ public static void main(String[] args) { ## 二、基础线程机制 +### Daemon + +守护线程是程序运行时在后台提供服务的线程，不属于程序中不可或缺的部分。 + +当所有非守护线程结束时，程序也就终止，同时会杀死所有守护线程。 + +main() 属于非守护线程。 + +在线程启动之前使用 setDaemon() 方法可以将一个线程设置为守护线程。 + +```java +public static void main(String[] args) { + Thread thread = new Thread(new MyRunnable()); + thread.setDaemon(true); +} +``` + +### sleep() + +Thread.sleep(millisec) 方法会休眠当前正在执行的线程，millisec 单位为毫秒。 + +sleep() 可能会抛出 InterruptedException，因为异常不能跨线程传播回 main() 中，因此必须在本地进行处理。线程中抛出的其它异常也同样需要在本地进行处理。 + +```java +public void run() { + try { + Thread.sleep(3000); + } catch (InterruptedException e) { + e.printStackTrace(); + } +} +``` + +### yield() + +对静态方法 Thread.yield() 的调用表示当前线程愿意让出 CPU，可以切换给其它线程来执行。该方法只是对线程调度器的一个提示，调度器可以忽略它，Javadoc 也说明很少有适合使用它的场合，主要用于调试和测试。 + +```java +public void run() { + Thread.yield(); +} +``` + ### Executor Executor 管理多个异步任务的执行，而无需程序员显式地管理线程的生命周期。这里的异步是指多个任务的执行互不干扰，不需要进行同步操作。 @@ -249,48 +294,62 @@ for (int i = 1; i <= 7; i++) { 估算值只是起点，最终要通过压测确定。上线后监控活跃线程数、队列长度和拒绝次数，必要时调用 setCorePoolSize()、setMaximumPoolSize() 在运行时调整。 -### Daemon - -守护线程是程序运行时在后台提供服务的线程，不属于程序中不可或缺的部分。 - -当所有非守护线程结束时，程序也就终止，同时会杀死所有守护线程。 - -main() 属于非守护线程。 - -在线程启动之前使用 setDaemon() 方法可以将一个线程设置为守护线程。 +线程池的核心结构并不复杂，常被要求手写一个简化版：固定数量的工作线程循环从阻塞队列中取任务执行，队列满了或者线程池已经关闭时拒绝新任务。 ```java -public static void main(String[] args) { - Thread thread = new Thread(new MyRunnable()); - thread.setDaemon(true); -} -``` +public class SimplePool { + private final BlockingQueue queue; + private final List workers = new ArrayList<>(); + private volatile boolean shutdown = false; -### sleep() + public SimplePool(int threads, int capacity) { + queue = new ArrayBlockingQueue<>(capacity); + for (int i = 0; i < threads; i++) { + Thread t = new Thread(() -> { + // 关闭后也要把队列中剩下的任务执行完再退出 + while (!shutdown || !queue.isEmpty()) { + Runnable task; + try { + task = queue.poll(100, TimeUnit.MILLISECONDS); + } catch (InterruptedException e) { + return; + } + if (task == null) { + continue; + } + try { + task.run(); + } catch (RuntimeException e) { + // 一个任务抛出异常，不能让工作线程退出 + e.printStackTrace(); + } + } + }, "pool-" + i); + workers.add(t); + t.start(); + } + } -Thread.sleep(millisec) 方法会休眠当前正在执行的线程，millisec 单位为毫秒。 + public void execute(Runnable task) { + if (shutdown || !queue.offer(task)) { + throw new RejectedExecutionException("线程池已关闭或队列已满"); + } + } -sleep() 可能会抛出 InterruptedException，因为异常不能跨线程传播回 main() 中，因此必须在本地进行处理。线程中抛出的其它异常也同样需要在本地进行处理。 - -```java -public void run() { - try { - Thread.sleep(3000); - } catch (InterruptedException e) { - e.printStackTrace(); + public void shutdown() { + shutdown = true; } } ``` -### yield() +例如 2 个线程执行 4 个任务，其中任务 2 抛出异常，其余 3 个任务仍由这两个线程执行完；关闭之后再提交会被拒绝（JDK 21 实测，见[附录 A6](#a6-简化版线程池)）。 -对静态方法 Thread.yield() 的调用表示当前线程愿意让出 CPU，可以切换给其它线程来执行。该方法只是对线程调度器的一个提示，调度器可以忽略它，Javadoc 也说明很少有适合使用它的场合，主要用于调试和测试。 +ThreadPoolExecutor 的结构与它相同，多做了以下几件事： -```java -public void run() { - Thread.yield(); -} -``` +- 线程不是一开始就全部创建，而是按前面的提交顺序按需创建； +- 工作线程在 getTask() 中取任务：线程数超过核心线程数时用 poll(keepAliveTime) 等待，超时就退出，否则用 take() 一直等待； +- 运行状态和线程数保存在同一个 AtomicInteger（ctl）中，两者可以在一次 CAS 中一起修改； +- 用 execute() 提交的任务抛出异常时，执行它的线程退出，线程池再补一个新线程。 ## 三、中断 @@ -2033,6 +2092,57 @@ for (String u : new String[]{"alice", "bob"}) { 线程池中读到：alice ``` +### A6 简化版线程池 + +环境：JDK 21.0.13，Apple M1 Pro。正文中的 SimplePool 加上 awaitTermination()（依次 join 所有工作线程），用下面的代码运行 3 次： + +```java +SimplePool pool = new SimplePool(2, 10); +for (int i = 1; i <= 4; i++) { + int id = i; + pool.execute(() -> { + if (id == 2) { + throw new IllegalStateException("任务 2 出错"); + } + System.out.println("任务 " + id + " 由 " + Thread.currentThread().getName() + " 执行"); + }); +} +pool.shutdown(); +try { + pool.execute(() -> {}); +} catch (RejectedExecutionException e) { + System.out.println("关闭后提交：" + e.getMessage()); +} +pool.awaitTermination(); +System.out.println("全部完成"); +``` + +```text +== run 1 +java.lang.IllegalStateException: 任务 2 出错 +关闭后提交：线程池已关闭或队列已满 +任务 3 由 pool-0 执行 +任务 1 由 pool-1 执行 +任务 4 由 pool-0 执行 +全部完成 +== run 2 +java.lang.IllegalStateException: 任务 2 出错 +关闭后提交：线程池已关闭或队列已满 +任务 1 由 pool-0 执行 +任务 4 由 pool-0 执行 +任务 3 由 pool-1 执行 +全部完成 +== run 3 +java.lang.IllegalStateException: 任务 2 出错 +关闭后提交：线程池已关闭或队列已满 +任务 3 由 pool-1 执行 +任务 4 由 pool-1 执行 +任务 1 由 pool-0 执行 +全部完成 +``` + +异常的堆栈只保留了第一行。任务执行的先后和线程的分配每次不同，但每次都是 3 个任务完成、关闭后的提交被拒绝。ThreadPoolExecutor 的 ctl、getTask() 中的 poll/take 见 JDK 21 源码 java/util/concurrent/ThreadPoolExecutor.java。 + ## 参考资料 - [Object (Java SE 21)](https://docs.oracle.com/en/java/javase/21/docs/api/java.base/java/lang/Object.html)