多線程相對于其他 Java 知識點來講，有一定的學習門檻，并且了解起來比較費勁。在平時工作中如若使用不當會出現資料錯亂、執行效率低（還不如單線程去運作）或者死鎖程式挂掉等等問題，是以掌握了解多線程至關重要。
本文從基礎概念開始到最後的并發模型由淺入深，講解下線程方面的知識。
概念梳理
本節我将帶大家了解多線程中幾大基礎概念。
并發與并行
并行，表示兩個線程同時做事情。
并發，表示一會做這個事情，一會做另一個事情，存在着排程。單核 CPU 不可能存在并行（微觀上）。
臨界區
臨界區用來表示一種公共資源或者說是共享資料，可以被多個線程使用。但是每一次，隻能有一個線程使用它，一旦臨界區資源被占用，其他線程要想使用這個資源，就必須等待。
阻塞與非阻塞
阻塞和非阻塞通常用來形容多線程間的互相影響。比如一個線程占用了臨界區資源，那麼其它所有需要這個資源的線程就必須在這個臨界區中進行等待，等待會導緻線程挂起。這種情況就是阻塞。
此時，如果占用資源的線程一直不願意釋放資源，那麼其它所有阻塞在這個臨界區上的線程都不能工作。阻塞是指線程在作業系統層面被挂起。阻塞一般性能不好，需大約8萬個時鐘周期來做排程。
非阻塞則允許多個線程同時進入臨界區。
死鎖
死鎖是程序死鎖的簡稱，是指多個程序循環等待他方占有的資源而無限的僵持下去的局面。
活鎖
假設有兩個線程1、2，它們都需要資源 A/B，假設1号線程占有了 A 資源，2号線程占有了 B 資源；由于兩個線程都需要同時擁有這兩個資源才可以工作，為了避免死鎖，1号線程釋放了 A 資源占有鎖，2号線程釋放了 B 資源占有鎖；此時 AB 空閑，兩個線程又同時搶鎖，再次出現上述情況，此時發生了活鎖。
簡單類比，電梯遇到人，一個進的一個出的，對面占路，兩個人同時往一個方向讓路，來回重複，還是堵着路。
如果線上應用遇到了活鎖問題，恭喜你中獎了，這類問題比較難排查。
饑餓
饑餓是指某一個或者多個線程因為種種原因無法獲得所需要的資源，導緻一直無法執行。
線程的生命周期
線上程的生命周期中，它要經曆建立、可運作、不可運作幾種狀态。
建立狀态
當用 new 操作符建立一個新的線程對象時，該線程處于建立狀态。
處于建立狀态的線程隻是一個空的線程對象，系統不為它配置設定資源。
可運作狀态
執行線程的 start() 方法将為線程配置設定必須的系統資源，安排其運作，并調用線程體——run()方法，這樣就使得該線程處于可運作狀态（Runnable）。
這一狀态并不是運作中狀态（Running），因為線程也許實際上并未真正運作。
不可運作狀态
當發生下列事件時，處于運作狀态的線程會轉入到不可運作狀态：
調用了 sleep() 方法；
線程調用 wait() 方法等待特定條件的滿足；
線程輸入/輸出阻塞；
傳回可運作狀态；
處于睡眠狀态的線程在指定的時間過去後；
如果線程在等待某一條件，另一個對象必須通過 notify() 或 notifyAll() 方法通知等待線程條件的改變；
如果線程是因為輸入輸出阻塞，等待輸入輸出完成。
線程的優先級
線程優先級及設定
線程的優先級是為了在多線程環境中便于系統對線程的排程，優先級高的線程将優先執行。一個線程的優先級設定遵從以下原則：
線程建立時，子繼承父的優先級；
線程建立後，可通過調用 setPriority() 方法改變優先級；
線程的優先級是1-10之間的正整數。
線程的排程政策
線程排程器選擇優先級最高的線程運作。但是，如果發生以下情況，就會終止線程的運作：
線程體中調用了 yield() 方法，讓出了對 CPU 的占用權；
線程體中調用了 sleep() 方法，使線程進入睡眠狀态；
線程由于 I/O 操作而受阻塞；
另一個更高優先級的線程出現；
在支援時間片的系統中，該線程的時間片用完。
單線程建立方式
單線程建立方式比較簡單，一般隻有兩種方式：繼承 Thread 類和實作 Runnable 接口；這兩種方式比較常用就不在 Demo 了，但是對于新手需要注意的問題有：
不管是繼承 Thread 類還是實作 Runable 接口，業務邏輯是寫在 run 方法裡面，線程啟動的時候是執行 start() 方法；
開啟新的線程，不影響主線程的代碼執行順序也不會阻塞主線程的執行；
新的線程和主線程的代碼執行順序是不能夠保證先後的；
對于多線程程式，從微觀上來講某一時刻隻有一個線程在工作，多線程目的是讓 CPU 忙起來；
通過檢視 Thread 的源碼可以看到，Thread 類是實作了 Runnable 接口的，是以這兩種本質上來講是一個；
PS：平時在工作中也可以借鑒這種代碼結構，對上層調用來講提供更多的選擇，作為服務提供方核心業務歸一維護
為什麼要用線程池
通過上面的介紹，完全可以開發一個多線程的程式，為什麼還要引入線程池呢。主要是因為上述單線程方式存在以下幾個問題：
線程的工作周期：線程建立所需時間為 T1，線程執行任務所需時間為 T2，線程銷毀所需時間為 T3，往往是 T1+T3 大于 T2，所有如果頻繁建立線程會損耗過多額外的時間；
如果有任務來了，再去建立線程的話效率比較低，如果從一個池子中可以直接擷取可用的線程，那效率會有所提高。是以線程池省去了任務過來，要先建立線程再去執行的過程，節省了時間，提升了效率；
線程池可以管理和控制線程，因為線程是稀缺資源，如果無限制的建立，不僅會消耗系統資源，還會降低系統的穩定性，使用線程池可以進行統一的配置設定，調優和監控；
線程池提供隊列，存放緩沖等待執行的任務。
大緻總結了上述的幾個原因，是以可以得出一個結論就是在平時工作中，如果要開發多線程程式，盡量要使用線程池的方式來建立和管理線程。
通過線程池建立線程從調用 API 角度來說分為兩種，一種是原生的線程池，另外該一種是通過 Java 提供的并發包來建立，後者比較簡單，後者其實是對原生的線程池建立方式做了一次簡化包裝，讓調用者使用起來更友善，但道理都是一樣的。是以搞明白原生線程池的原理是非常重要的。
ThreadPoolExecutor
通過 ThreadPoolExecutor 建立線程池，API 如下所示：
publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue);
先來解釋下其中的參數含義（如果看的比較模糊可以大緻有個印象，後面的圖是關鍵）。
corePoolSize
核心池的大小。
在建立了線程池後，預設情況下，線程池中并沒有任何線程，而是等待有任務到來才建立線程去執行任務，除非調用了 prestartAllCoreThreads() 或者 prestartCoreThread() 方法，從這兩個方法的名字就可以看出，是預建立線程的意思，即在沒有任務到來之前就建立 corePoolSize 個線程或者一個線程。預設情況下，在建立了線程池後，線程池中的線程數為0，當有任務來之後，就會建立一個線程去執行任務，當線程池中的線程數目達到 corePoolSize 後，就會把到達的任務放到緩存隊列當中。
maximumPoolSize
線程池最大線程數，這個參數也是一個非常重要的參數，它表示線上程池中最多能建立多少個線程。
keepAliveTime
表示線程沒有任務執行時最多保持多久時間會終止。預設情況下，隻有當線程池中的線程數大于 corePoolSize 時，keepAliveTime 才會起作用，直到線程池中的線程數不大于 corePoolSize，即當線程池中的線程數大于 corePoolSize 時，如果一個線程空閑的時間達到 keepAliveTime，則會終止，直到線程池中的線程數不超過 corePoolSize。
但是如果調用了 allowCoreThreadTimeOut(boolean) 方法，線上程池中的線程數不大于 corePoolSize 時，keepAliveTime 參數也會起作用，直到線程池中的線程數為0。
unit
參數 keepAliveTime 的時間機關。
workQueue
一個阻塞隊列，用來存儲等待執行的任務，這個參數的選擇也很重要，會對線程池的運作過程産生重大影響，一般來說，這裡的阻塞隊列有以下這幾種選擇：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue。
threadFactory
線程工廠，主要用來建立線程。
handler
表示當拒絕處理任務時的政策，有以下四種取值：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：丢棄任務并抛出 RejectedExecutionException 異常；
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢棄任務，但是不抛出異常；
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢棄隊列最前面的任務，然後重新嘗試執行任務（重複此過程）；
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由調用線程處理該任務。
上面這些參數是如何配合工作的呢？請看下圖：
注意圖上面的序号。
簡單總結下線程池之間的參數協作分為以下幾步：
線程優先向 CorePool 中送出；
在 Corepool 滿了之後，線程被送出到任務隊列，等待線程池空閑；
在任務隊列滿了之後 corePool 還沒有空閑，那麼任務将被送出到 maxPool 中，如果 MaxPool 滿了之後執行 task 拒絕政策。
流程圖如下：
image
以上就是原生線程池建立的核心原理。除了原生線程池之外并發包還提供了簡單的建立方式，上面也說了它們是對原生線程池的一種包裝，可以讓開發者簡單快捷的建立所需要的線程池。
Executors
newSingleThreadExecutor
建立一個線程的線程池，在這個線程池中始終隻有一個線程存在。如果線程池中的線程因為異常問題退出，那麼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送出順序執行。
newFixedThreadPool
建立固定大小的線程池。每次送出一個任務就建立一個線程，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，那麼線程池會補充一個新線程。
newCachedThreadPool
可根據實際情況，調整線程數量的線程池，線程池中的線程數量不确定，如果有空閑線程會優先選擇空閑線程，如果沒有空閑線程并且此時有任務送出會建立新的線程。在正常開發中并不推薦這個線程池，因為在極端情況下，會因為 newCachedThreadPool 建立過多線程而耗盡 CPU 和記憶體資源。
newScheduledThreadPool
此線程池可以指定固定數量的線程來周期性的去執行。比如通過 scheduleAtFixedRate 或者 scheduleWithFixedDelay 來指定周期時間。
PS：另外在寫定時任務時（如果不用 Quartz 架構），最好采用這種線程池來做，因為它可以保證裡面始終是存在活的線程的。
推薦使用 ThreadPoolExecutor 方式
在阿裡的 Java 開發手冊時有一條是不推薦使用 Executors 去建立，而是推薦去使用 ThreadPoolExecutor 來建立線程池。
這樣做的目的主要原因是：使用 Executors 建立線程池不會傳入核心參數，而是采用的預設值，這樣的話我們往往會忽略掉裡面參數的含義，如果業務場景要求比較苛刻的話，存在資源耗盡的風險；另外采用 ThreadPoolExecutor 的方式可以讓我們更加清楚地了解線程池的運作規則，不管是面試還是對技術成長都有莫大的好處。
改了變量，其他線程可以立即知道。保證可見性的方法有以下幾種：
volatile
加入 volatile 關鍵字的變量在進行彙編時會多出一個 lock 字首指令，這個字首指令相當于一個記憶體屏障，記憶體屏障可以保證記憶體操作的順序。當聲明為 volatile 的變量進行寫操作時，那麼這個變量需要将資料寫到主記憶體中。
由于處理器會實作緩存一緻性協定，是以寫到主記憶體後會導緻其他處理器的緩存無效，也就是線程工作記憶體無效，需要從主記憶體中重新重新整理資料。