線程：進程中負責程序執行的執行單元。一個進程中至少有一個線程。

多線程：解決多任務同時執行的需求，合理使用CPU資源。多線程的運行是根據CPU切換完成，如何切換由CPU決定，因此多線程運行具有不確定性。

線程池：基本思想還是一種對象池的思想，開辟一塊內存空間，里面存放了眾多(未死亡)的線程，池中線程執行調度由池管理器來處理。當有線程任務時，從池中取一個，執行完成后線程對象歸池，這樣可以避免反復創建線程對象所帶來的性能開銷，節省了系統的資源。

• 1）線程和進程有什么區別？

一個進程是一個獨立(self contained)的運行環境，它可以被看作一個程序或者一個應用。而線程是在進程中執行的一個任務。線程是進程的子集，一個進程可以有很多線程，每條線程并行執行不同的任務。不同的進程使用不同的內存空間，而所有的線程共享一片相同的內存空間。別把它和棧內存搞混，每個線程都擁有單獨的棧內存用來存儲本地數據。

• 2）如何在Java中實現線程？

創建線程有兩種方式：
一、繼承 Thread 類，擴展線程。
二、實現 Runnable 接口。

• 3）Thread 類中的 start() 和 run() 方法有什么區別？

調用 start() 方法才會啟動新線程；如果直接調用 Thread 的 run() 方法，它的行為就會和普通的方法一樣；為了在新的線程中執行我們的代碼，必須使用 Thread.start() 方法。

• 1）用 Runnable 還是 Thread ？

我們都知道可以通過繼承 Thread 類或者調用 Runnable 接口來實現線程，問題是，創建線程哪種方式更好呢？什么情況下使用它？這個問題很容易回答，如果你知道Java不支持類的多重繼承，但允許你調用多個接口。所以如果你要繼承其他類，當然是調用Runnable接口更好了。

• 2）Runnable 和 Callable 有什么不同？

Runnable 和 Callable 都代表那些要在不同的線程中執行的任務。Runnable 從 JDK1.0 開始就有了，Callable 是在 JDK1.5 增加的。它們的主要區別是 Callable 的 call() 方法可以返回值和拋出異常，而 Runnable 的 run() 方法沒有這些功能。Callable 可以返回裝載有計算結果的 Future 對象。

擴展

先看一下 Runnable 和 Callable 的源碼

public interface Runnable {public void run(); }public interface Callable<V> {V call() throws Exception; }

可以得出：

1）Callable 接口下的方法是 call()，Runnable 接口的方法是 run()。
2）Callable 的任務執行后可返回值，而 Runnable 的任務是不能返回值的。
3）call() 方法可以拋出異常，run()方法不可以的。
4）運行 Callable 任務可以拿到一個 Future 對象，表示異步計算的結果。它提供了檢查計算是否完成的方法，以等待計算的完成，并檢索計算的結果。通過 Future 對象可以了解任務執行情況，可取消任務的執行，還可獲取執行結果。

但是，但是，凡事都有但是嘛...

單獨使用 Callable，無法在新線程中(new Thread(Runnable r))使用，Thread 類只支持 Runnable。不過 Callable 可以使用 ExecutorService (又拋出一個概念，這個概念將在下面的線程池中說明)。

上面又提到了 Future，看一下 Future 接口：

public interface Future<V> {boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);boolean isCancelled();boolean isDone();V get() throws InterruptedException, ExecutionException;V get(long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException; }

Future 定義了5個方法：

1）boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：試圖取消對此任務的執行。如果任務已完成、或已取消，或者由于某些其他原因而無法取消，則此嘗試將失敗。當調用 cancel() 時，如果調用成功，而此任務尚未啟動，則此任務將永不運行。如果任務已經啟動，則 mayInterruptIfRunning 參數確定是否應該以試圖停止任務的方式來中斷執行此任務的線程。此方法返回后，對 isDone() 的后續調用將始終返回 true。如果此方法返回 true，則對 isCancelled() 的后續調用將始終返回 true。
2）boolean isCancelled()：如果在任務正常完成前將其取消，則返回 true。
3）boolean isDone()：如果任務已完成，則返回 true。 可能由于正常終止、異常或取消而完成，在所有這些情況中，此方法都將返回 true。
4）V get()throws InterruptedException,ExecutionException：如有必要，等待計算完成，然后獲取其結果。
5）V get(long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException： 如有必要，最多等待為使計算完成所給定的時間之后，獲取其結果（如果結果可用）。

看來 Future 接口也不能用在線程中，那怎么用，誰實現了 Future 接口呢？答：FutureTask。

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {... }public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {void run(); }

FutureTask 實現了 Runnable 和 Future，所以兼顧兩者優點，既可以在 Thread 中使用，又可以在 ExecutorService 中使用。

看完上面啰哩啰嗦的介紹后，下面我們具體看一下具體使用的示例：

Callable<String> callable = new Callable<String>() {@Overridepublic String call() throws Exception {return "個人博客：sunfusheng.com";} };FutureTask<String> task = new FutureTask<String>(callable);Thread t = new Thread(task); t.start(); // 啟動線程 task.cancel(true); // 取消線程

使用 FutureTask 的好處是 FutureTask 是為了彌補 Thread 的不足而設計的，它可以讓程序員準確地知道線程什么時候執行完成并獲得到線程執行完成后返回的結果。FutureTask 是一種可以取消的異步的計算任務，它的計算是通過 Callable 實現的，它等價于可以攜帶結果的 Runnable，并且有三個狀態：等待、運行和完成。完成包括所有計算以任意的方式結束，包括正常結束、取消和異常。

● 多線程

使用多線程的優缺點：
優點：
1）適當的提高程序的執行效率（多個線程同時執行）。
2）適當的提高了資源利用率（CPU、內存等）。
缺點：
1）占用一定的內存空間。
2）線程越多CPU的調度開銷越大。
3）程序的復雜度會上升

線程調度策略

(1) 搶占式調度策略

Java運行時系統的線程調度算法是搶占式的。Java運行時系統支持一種簡單的固定優先級的調度算法。如果一個優先級比其他任何處于可運行狀態的線程都高的線程進入就緒狀態，那么運行時系統就會選擇該線程運行。新的優先級較高的線程搶占了其他線程。但是Java運行時系統并不搶占同優先級的線程。換句話說，Java運行時系統不是分時的。然而，基于Java Thread類的實現系統可能是支持分時的，因此編寫代碼時不要依賴分時。當系統中的處于就緒狀態的線程都具有相同優先級時，線程調度程序采用一種簡單的、非搶占式的輪轉的調度順序。

(2) 時間片輪轉調度策略

有些系統的線程調度采用時間片輪轉調度策略。這種調度策略是從所有處于就緒狀態的線程中選擇優先級最高的線程分配一定的CPU時間運行。該時間過后再選擇其他線程運行。只有當線程運行結束、放棄(yield)CPU或由于某種原因進入阻塞狀態，低優先級的線程才有機會執行。如果有兩個優先級相同的線程都在等待CPU，則調度程序以輪轉的方式選擇運行的線程。

線程池的優點

1）避免線程的創建和銷毀帶來的性能開銷。
2）避免大量的線程間因互相搶占系統資源導致的阻塞現象。
3｝能夠對線程進行簡單的管理并提供定時執行、間隔執行等功能。

再擼一擼概念

Java里面線程池的頂級接口是 Executor，不過真正的線程池接口是 ExecutorService， ExecutorService 的默認實現是 ThreadPoolExecutor；普通類 Executors 里面調用的就是 ThreadPoolExecutor。

照例看一下各個接口的源碼：

public interface Executor {void execute(Runnable command); }public interface ExecutorService extends Executor {void shutdown();List<Runnable> shutdownNow();boolean isShutdown();boolean isTerminated();<T> Future<T> submit(Callable<T> task);<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);Future<?> submit(Runnable task);... }public class Executors {public static ExecutorService newCachedThreadPool() {return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());}... }

下面我創建的一個線程池：

ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();

Executors 提供四種線程池：

• 1）newCachedThreadPool 是一個可根據需要創建新線程的線程池，但是在以前構造的線程可用時將重用它們。對于執行很多短期異步任務的程序而言，這些線程池通常可提高程序性能。調用 execute() 將重用以前構造的線程（如果線程可用）。如果現有線程沒有可用的，則創建一個新線程并添加到池中。終止并從緩存中移除那些已有 60 秒鐘未被使用的線程。因此，長時間保持空閑的線程池不會使用任何資源。注意，可以使用 ThreadPoolExecutor 構造方法創建具有類似屬性但細節不同（例如超時參數）的線程池。

• 2）newSingleThreadExecutor 創建是一個單線程池，也就是該線程池只有一個線程在工作，所有的任務是串行執行的，如果這個唯一的線程因為異常結束，那么會有一個新的線程來替代它，此線程池保證所有任務的執行順序按照任務的提交順序執行。

• 3）newFixedThreadPool 創建固定大小的線程池，每次提交一個任務就創建一個線程，直到線程達到線程池的最大大小，線程池的大小一旦達到最大值就會保持不變，如果某個線程因為執行異常而結束，那么線程池會補充一個新線程。

• 4）newScheduledThreadPool 創建一個大小無限的線程池，此線程池支持定時以及周期性執行任務的需求。

通過 ThreadPoolExecutor 的構造函數，擼一擼線程池相關參數的概念：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory) {this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, defaultHandler); }

• 1）corePoolSize：線程池的核心線程數，一般情況下不管有沒有任務都會一直在線程池中一直存活，只有在 ThreadPoolExecutor 中的方法 allowCoreThreadTimeOut(boolean value) 設置為 true 時，閑置的核心線程會存在超時機制，如果在指定時間沒有新任務來時，核心線程也會被終止，而這個時間間隔由第3個屬性 keepAliveTime 指定。

• 2）maximumPoolSize：線程池所能容納的最大線程數，當活動的線程數達到這個值后，后續的新任務將會被阻塞。

• 3）keepAliveTime：控制線程閑置時的超時時長，超過則終止該線程。一般情況下用于非核心線程，只有在 ThreadPoolExecutor 中的方法 allowCoreThreadTimeOut(boolean value) 設置為 true時，也作用于核心線程。

• 4）unit：用于指定 keepAliveTime 參數的時間單位，TimeUnit 是個 enum 枚舉類型，常用的有：TimeUnit.HOURS(小時)、TimeUnit.MINUTES(分鐘)、TimeUnit.SECONDS(秒) 和 TimeUnit.MILLISECONDS(毫秒)等。

• 5）workQueue：線程池的任務隊列，通過線程池的 execute(Runnable command) 方法會將任務 Runnable 存儲在隊列中。

• 6）threadFactory：線程工廠，它是一個接口，用來為線程池創建新線程的。

線程池的關閉

ThreadPoolExecutor 提供了兩個方法，用于線程池的關閉，分別是 shutdown() 和 shutdownNow()。

shutdown()：不會立即的終止線程池，而是要等所有任務緩存隊列中的任務都執行完后才終止，但再也不會接受新的任務。
shutdownNow()：立即終止線程池，并嘗試打斷正在執行的任務，并且清空任務緩存隊列，返回尚未執行的任務。

面試題

1）什么是 Executor 框架？

Executor框架在Java 5中被引入，Executor 框架是一個根據一組執行策略調用、調度、執行和控制的異步任務的框架。

無限制的創建線程會引起應用程序內存溢出，所以創建一個線程池是個更好的的解決方案，因為可以限制線程的數量并且可以回收再利用這些線程。利用 Executor 框架可以非常方便的創建一個線程池。

2）Executors 類是什么？

Executors為Executor、ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory 和 Callable 類提供了一些工具方法。Executors 可以用于方便的創建線程池。

文／孫福生微博（簡書作者）
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總結

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