軟件大師開小灶：線程和線程池

大師，最近我在學(xué)習線程，有很多迷惑的地方。

說來聽聽，讓為師給你排解一下。

第一個問題問題就是為什么要多線程啊， 我看了操作系統(tǒng)中的多進程管理，不是挺好的嗎？ 多線程似乎沒有必要?。?/p>

不錯，多問問為什么，總是有好處的。所謂線程，就是程序代碼的執(zhí)行，一個進程至少得有一個線程，要不然，這個進程怎么運行？ 對吧？

這個我理解。

以你常用的Word為例，假設(shè)這個進程沒有多線程（或者說它只有一個線程）， 如果它有個定時保存文檔的功能，你想象下，當這個自動保存的功能在運行的時候，你還能繼續(xù)輸入文字嗎？

不能

對，這就是問題所在了，單線程只能干一件事情，無法并發(fā)和并行。直接導(dǎo)致用戶體驗不好。CPU快速的運算能力，還有多核，就被浪費了。

那我完全可以用多進程來處理啊， 一個進程來接受用戶輸入文字，另外一個進程來自動保存。

是可以這么做，但進程是個重量級的家伙，并且進程之間是隔離的，他們要想共享數(shù)據(jù)，例如被編輯的文件內(nèi)容，那是非常麻煩的。

原來如此。

古人云：進程是擁有資源的基本單位， 線程是CPU調(diào)度的基本單位，這句話你理解嗎？

不是特別明白......

舉個例子，有兩個進程，一個是Word， 一個是QQ音樂。 Word 進程打開了文件，這是它的資源，QQ音樂打開了Socket，這也是它的資源。

假設(shè)Word有兩個線程：T1負責接受用戶的文字輸入，T2 負責自動保存。

QQ音樂也有兩個線程：T3負責從Socket中讀取數(shù)據(jù)，T4負責對音樂數(shù)據(jù)進行解碼。

操作系統(tǒng)在做調(diào)度的時候，基本單位不是Word,QQ音樂這樣的進程，而是T1, T2,T3,T4這些線程。明白了嗎？

（點頭）原來每個線程執(zhí)行的都是進程代碼的某個片段??！ 對了，我聽師兄們在討論什么Java多線程編程，說是很復(fù)雜，但是他們從來沒提到過Java 多進程編程，這是怎么回事??？

不錯，你的師兄們都沒有想到這個問題，看來你已經(jīng)開始思考了。我先問你，你寫的Java程序是不是運行在JVM中？ 對操作系統(tǒng)來說，JVM是個什么東西？

嗯... JVM其實就是java.exe運行起來，那它肯定是個進程了。

那在一個進程中還能進行多進程編程嗎？

（恍然大悟）奧，那是肯定不行了，Java程序運行在JVM當中， JVM這個進程其實就是他們的容器。 我聽說Python, Ruby 等動態(tài)語言也都有虛擬機， 這么說他們也可以進行多線程編程了。

是啊，虛擬機是個好東西，你們真是遇上了好時候啊， 不用再費勁心機去操作內(nèi)存。這虛擬機還能屏蔽操作系統(tǒng)的差異，你寫的程序可以在任意的支持該語言虛擬機的操作系統(tǒng)中運行。 可移植性很重要，要不然，你在Mac/Windows上開發(fā)的程序怎么能不加修改地放到Linux上去運行呢？

我在Java 中創(chuàng)建了一個Thread對象，為什么要調(diào)用start方法才能啟動線程？ 為什么不能直接調(diào)用run方法呢？

你要是直接調(diào)用run()方法，會是什么效果？

就是用當前線程去執(zhí)行一個普通函數(shù)而已，根本沒有什么新線程創(chuàng)建出來。

這就對了，你想創(chuàng)建一個新的線程出來，肯定得有準備工作啊，設(shè)置好這個線程的上下文，比如這個線程的棧（用于函數(shù)調(diào)用），線程的狀態(tài)，這個線程的PC(Program Counter）等等一系列信息以后，這個線程才可以被調(diào)度， 一旦被調(diào)度，就會執(zhí)行那個run()方法了

明白了大師，還有一個問題，既然線程是屬于進程的，可以共享進程的資源， 那創(chuàng)建一個線程應(yīng)該很輕松啊，為什么要有線程池這個東西呢？

雖然線程是個輕量級的東西， 但是對于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，如果每個用戶的請求都創(chuàng)建一個線程，那會非常得多，服務(wù)器也是難于承受， 再說了，眾多的線程去競爭CPU，不斷切換，也會讓CPU調(diào)度不堪重負，很多線程將不得不等待。所以前輩們的思路就是（1）用少量的線程 （2） 讓線程保持忙碌

奧，就是說只創(chuàng)建一定數(shù)量的線程，讓這些線程去處理所有的任務(wù)，任務(wù)執(zhí)行完了以后，線程并不結(jié)束，而是回到線程池中去，等待接受下一個任務(wù)。

這些線程可以預(yù)先創(chuàng)建，任務(wù)來了就不用臨時再創(chuàng)建了，立刻開始服務(wù)。

預(yù)先創(chuàng)建？ 您剛才不是說線程是程序代碼的執(zhí)行嗎？ 它是個動態(tài)的東西，怎么可能預(yù)先創(chuàng)建？ 如果真的創(chuàng)建起來了，就會調(diào)用run方法， 馬上執(zhí)行完了， 線程就結(jié)束了！

你忘了重要的一點，線程的狀態(tài)。當線程池的線程剛創(chuàng)建時，讓他們進入阻塞狀態(tài)：等待某個任務(wù)的到來。 如果任務(wù)來了，那就好辦，喚醒其中一個線程，讓它拿到任務(wù)去執(zhí)行即可。

可是怎么讓他們進入阻塞狀態(tài)？

看來之前的圖我白畫了， BlockingQueue聽說過沒有？ 沒聽說過？ 其實很簡單，就是一個線程調(diào)用它的take()方法取數(shù)據(jù)時， 如果這個Queue中沒有數(shù)據(jù)，該線程會阻塞；同樣，一個線程調(diào)用它的put方法放數(shù)據(jù)時，如果Queue滿了， 也會阻塞。

奧，看來線程池中每個線程的run（）方法中，要設(shè)置一個循環(huán)，每次都嘗試從BlockingQueue中獲取任務(wù)，如果Queue是空的，就阻塞等待， 如果有任務(wù)來了，就會通知到線程池的某一個線程去處理，處理完了以后，依然試圖從BlockingQueue中獲取任務(wù)，就這么依次循環(huán)下去。

線程池中的Worker線程：public class WorkerThread extends Thread { private BlockingQueue taskQueue = null; private boolean isStopped = false; //持有一個BlockingQueue的實例 public WorkerThread(BlockingQueue queue){ taskQueue = queue; } public void run(){ while(!isStopped()){ try{ Task task = taskQueue.take(); task.execute(); } catch(Exception e){ //log or otherwise report exception, //but keep pool thread alive. } } } ......略......}

沒錯，你這個代碼是一種簡單的實現(xiàn)，我的老朋友Doug Lea大師寫了一套非常好的實現(xiàn)，已經(jīng)被吸收進JDK了，作為java.util.concurrent包的一部分，你直接調(diào)用即可，不用自己動手了。

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);executorService.execute(new Runnable() { public void run() { System.out.println("Asynchronous task"); }});executorService.shutdown();