建議123：volatile無法保證資料同步
volatile關鍵字比較少用，原因無外乎兩點，一是在Java1.5之前該關鍵字在不同的作業系統上有不同的表現，所帶來的問題就是移植性較差；而且比較難設計，而且誤用較多，這也導致它的"名譽" 受損。
我們知道，每個線程都運行在棧內存中，每個線程都有自己的工作內存(Working Memory,比如寄存器Register、高速緩衝存儲器Cache等)，線程的計算一般是通過工作內存進行交互的，其示意圖如下圖所示：
從示意圖上我們可以看到，線程在初始化時從主內存中加載所需的變量值到工作內存中，然後在線程運行時，如果是讀取，則直接從工作記憶體中讀取，若是寫入則先寫到工作記憶體中，之後刷新到主記憶體中，這是JVM的一個簡答的記憶體模型，但是這樣的結構在多執行緒的情況下有可能會出現問題，例如：A線程修改變數的值，也刷新到了主內存，但B、C線程在此時間內讀取的還是本線程的工作內存，也就是說它們讀取的不是最"新鮮"的值，此時就出現了不同線程所持有的公共資源不同步的情況。
對於此類問題有很多解決辦法，例如使用synchronized同步程式碼區塊，或使用Lock鎖定來解決該問題，不過，Java可以使用volatile更簡單地解決此類問題，例如在一個變數前加上volatile關鍵字，可以確保每個線程對本地變量的訪問和修改都是直接與內存交互的，而不是與本線程的工作內存交互的，保證每個線程都能獲得最"新鮮"的變量值，其示意圖如下：
明白了volatile變數的原理，那我們思考一下：volatile變數是否能夠保證資料的同步性呢？兩個執行緒同時修改一個volatile是否會產生髒資料呢？讓我們看看下面程式碼：
class UnsafeThread implements Runnable {
// 共享资源
private volatile int count = 0;
@Override
public void run() {
// 增加CPU的繁忙程度,不必关心其逻辑含义
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
Math.hypot(Math.pow(92456789, i), Math.cos(i));
}
count++;
}
public int getCount() {
return count;
}
}上面的程式碼定義了一個多執行緒類，run方法的主要邏輯是共享資源count的自加運算，而且我們還為count變數加上了volatile關鍵字，確保是從內存中讀取和寫入的，如果有多個執行緒運行，也就是多個執行緒執行count變數的自加操作，count變數會產生髒資料嗎？想想看，我們已經為count加上了volatile關鍵字呀！模擬多執行緒的程式碼如下：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 理想值，并作为最大循环次数
int value = 1000;
// 循环次数,防止造成无限循环或者死循环
int loops = 0;
// 主线程组,用于估计活动线程数
ThreadGroup tg = Thread.currentThread().getThreadGroup();
while (loops++ < value) {
// 共享资源清零
UnsafeThread ut = new UnsafeThread();
for (int i = 0; i < value; i++) {
new Thread(ut).start();
}
// 先等15毫秒，等待活动线程为1
do {
Thread.sleep(15);
} while (tg.activeCount() != 1);
// 检查实际值与理论值是否一致
if (ut.getCount() != value) {
// 出现线程不安全的情况
System.out.println("循环到：" + loops + " 遍，出现线程不安全的情况");
System.out.println("此时，count= " + ut.getCount());
System.exit(0);
}
}
}想讓volatite變數"出點醜"，還是需要花點功夫的。此段程式的運算邏輯如下：
啟動100個線程，修改共享資源count的值
暫停15秒，觀察活動線程數是否為1(即只剩下主線程再運行)，若不為1，則再等待15秒。
判斷共享資源是否是不安全的，即實際值與理想值是否相同，若不相同，則發現目標，此時count的值為髒數據。
如果沒有找到，繼續循環，直到達到最大循環。
運行結果如下：
循環到：40 遍，出現線程不安全的情況
此時，count= 999
這只是一種可能產生不同的結果，每次執行一種可能產生不同的結果。這也說明我們的count變數沒有實現資料同步，在多個執行緒修改的情況下，count的實際值與理論值產生了偏差，直接說明了volatile關鍵字並不能保證執行緒的安全性。
在解釋原因之前，我們先說一下自加操作。 count++表示的是先取出count的值然後再加1，也就是count=count+1，所以，在某個緊鄰時間片段內會發生如下神奇的事情：
(1)、第一個時間片段
A線程獲得執行機會，因為有關鍵字volatile修飾，所以它從主內存中獲得count的最新值為998，接下來的事情又分為兩種類型：
如果是單CPU，此時調度器暫停A線程執行，讓出執行機會給B線程，於是B線程也獲得了count的最新值998.
如果是多CPU，此時線程A繼續執行，而線程B也同時獲得了count的最新值998.
(2)、第二個片段
如果是單CPU，B線程執行完+1操作(這是一個原子處理)，count的值為999，由於是volatile類型的變量，所以直接寫入主內存，然後A線程繼續執行，計算的結果也是999，重新寫入主內存。
如果是多CPU，A執行緒執行完加1動作後修改主記憶體的變數count為999，執行緒B執行完畢後也修改主記憶體中的變數為999
这两个时间片段执行完毕后，原本期望的结果为1000，单运行后的值为999，这表示出现了线程不安全的情况。这也是我们要说明的：volatile关键字并不能保证线程安全，它只能保证当前线程需要该变量的值时能够获得最新的值，而不能保证线程修改的安全性。
顺便说一下，在上面的代码中，UnsafeThread类的消耗CPU计算是必须的，其目的是加重线程的负荷，以便出现单个线程抢占整个CPU资源的情景，否则很难模拟出volatile线程不安全的情况，大家可以自行模拟测试。
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建议124：异步运算考虑使用Callable接口
多线程应用有两种实现方式，一种是实现Runnable接口，另一种是继承Thread类，这两个方法都有缺点：run方法没有返回值，不能抛出异常(这两个缺点归根到底是Runnable接口的缺陷，Thread类也实现了Runnable接口)，如果需要知道一个线程的运行结果就需要用户自行设计，线程类本身也不能提供返回值和异常。但是从Java1.5开始引入了一个新的接口Callable，它类似于Runnable接口，实现它就可以实现多线程任务，Callable的接口定义如下：
public interface Callable<V> {
/**
* Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
*
* @return computed result
* @throws Exception if unable to compute a result
*/
V call() throws Exception;
}实现Callable接口的类，只是表明它是一个可调用的任务，并不表示它具有多线程运算能力，还是需要执行器来执行的，我们先编写一个任务类，代码如下：
//税款计算器
class TaxCalculator implements Callable<Integer> {
// 本金
private int seedMoney;
// 接收主线程提供的参数
public TaxCalculator(int _seedMoney) {
seedMoney = _seedMoney;
}
@Override
public Integer call() throws Exception {
// 复杂计算,运行一次需要2秒
TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(2000);
return seedMoney / 10;
}
}这里模拟了一个复杂运算：税款计算器，该运算可能要花费10秒钟的时间，此时不能让用户一直等着吧，需要给用户输出点什么，让用户知道系统还在运行，这也是系统友好性的体现：用户输入即有输出，若耗时较长，则显示运算进度。如果我们直接计算，就只有一个main线程，是不可能有友好提示的，如果税金不计算完毕，也不会执行后续动作，所以此时最好的办法就是重启一个线程来运算，让main线程做进度提示，代码如下：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException,
ExecutionException {
// 生成一个单线程的异步执行器
ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
// 线程执行后的期望值
Future<Integer> future = es.submit(new TaxCalculator(100));
while (!future.isDone()) {
// 还没有运算完成，等待200毫秒
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(200);
// 输出进度符号
System.out.print("*");
}
System.out.println("\n计算完成，税金是：" + future.get() + " 元 ");
es.shutdown();
}在这段代码中，Executors是一个静态工具类，提供了异步执行器的创建能力，如单线程异步执行器newSingleThreadExecutor、固定线程数量的执行器newFixedThreadPool等，一般它是异步计算的入口类。future关注的是线程执行后的结果，比如没有运行完毕，执行结果是多少等。此段代码的运行结果如下所示：
**********************************************......
计算完成，税金是：10 元
执行时，"*"会依次递增，表示系统正在运算，为用户提供了运算进度，此类异步计算的好处是：
尽可能多的占用系统资源，提供快速运算
可以监控线程的执行情况，比如是否执行完毕、是否有返回值、是否有异常等。
可以为用户提供更好的支持，比如例子中的运算进度等。
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建议125：优先选择线程池
在Java1.5之前，实现多线程比较麻烦，需要自己启动线程，并关注同步资源，防止出现线程死锁等问题，在1.5版本之后引入了并行计算框架，大大简化了多线程开发。我们知道一个线程有五个状态：新建状态(NEW)、可运行状态(Runnable，也叫作运行状态)、阻塞状态(Blocked)、等待状态(Waiting)、结束状态(Terminated)，线程的状态只能由新建转变为了运行状态后才能被阻塞或等待，最后终结，不可能产生本末倒置的情况，比如把一个结束状态的线程转变为新建状态，则会出现异常，例如如下代码会抛出异常：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建一个线程，新建状态
Thread t = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程正在运行");
}
});
// 运行状态
t.start();
// 是否是运行状态，若不是则等待10毫秒
while (!t.getState().equals(Thread.State.TERMINATED)) {
TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(10);
}
// 直接由结束转变为云心态
t.start();
}此段程序运行时会报java.lang.IllegalThreadStateException异常，原因就是不能从结束状态直接转变为运行状态，我们知道一个线程的运行时间分为3部分：T1为线程启动时间，T2为线程的运行时间，T3为线程销毁时间，如果一个线程不能被重复使用，每次创建一个线程都需要经过启动、运行、销毁时间，这势必增大系统的响应时间，有没有更好的办法降低线程的运行时间呢？
T2是无法避免的，只有通过优化代码来实现降低运行时间。T1和T2都可以通过线程池(Thread Pool)来缩减时间，比如在容器(或系统)启动时，创建足够多的线程，当容器(或系统)需要时直接从线程池中获得线程，运算出结果，再把线程返回到线程池中___ExecutorService就是实现了线程池的执行器，我们来看一个示例代码：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 2个线程的线程池
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(2);
// 多次执行线程体
for (int i = 0; i < 4; i++) {
es.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
});
}
// 关闭执行器
es.shutdown();
}此段代码首先创建了一个包含两个线程的线程池，然后在线程池中多次运行线程体，输出运行时的线程名称，结果如下：
pool-1-thread-1
pool-1-thread-2
pool-1-thread-1
pool-1-thread-2
本次代码执行了4遍线程体，按照我们之前阐述的" 一个线程不可能从结束状态转变为可运行状态 "，那为什么此处的2个线程可以反复使用呢？这就是我们要搞清楚的重点。
线程池涉及以下几个名词：
工作线程(Worker)：线程池中的线程，只有两个状态：可运行状态和等待状态，没有任务时它们处于等待状态，运行时它们循环的执行任务。
任务接口(Task)：这是每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度器调度，它主要规定了任务的入口、任务执行完的场景处理，任务的执行状态等。这里有两种类型的任务：具有返回值(异常)的Callable接口任务和无返回值并兼容旧版本的Runnable接口任务。
任务对列(Work Quene)：也叫作工作队列，用于存放等待处理的任务，一般是BlockingQuene的实现类，用来实现任务的排队处理。
我们首先从线程池的创建说起，Executors.newFixedThreadPool(2)表示创建一个具有两个线程的线程池，源代码如下：
public class Executors {
//生成一个最大为nThreads的线程池执行器
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
}这里使用了LinkedBlockingQueue作为队列任务管理器，所有等待处理的任务都会放在该对列中，需要注意的是，此队列是一个阻塞式的单端队列。线程池建立好了，那就需要线程在其中运行了，线程池中的线程是在submit第一次提交任务时建立的，代码如下：
public Future<?> submit(Runnable task) {
//检查任务是否为null
if (task == null) throw new NullPointerException();
//把Runnable任务包装成具有返回值的任务对象，不过此时并没有执行，只是包装
RunnableFuture<Object> ftask = newTaskFor(task, null);
//执行此任务
execute(ftask);
//返回任务预期执行结果
return ftask;
}此处的代码关键是execute方法，它实现了三个职责。
创建足够多的工作线程数，数量不超过最大线程数量，并保持线程处于运行或等待状态。
把等待处理的任务放到任务队列中
从任务队列中取出任务来执行
其中此处的关键是工作线程的创建，它也是通过new Thread方式创建的一个线程，只是它创建的并不是我们的任务线程(虽然我们的任务实现了Runnable接口，但它只是起了一个标志性的作用)，而是经过包装的Worker线程，代码如下：
private final class Worker implements Runnable {
// 运行一次任务
private void runTask(Runnable task) {
/* 这里的task才是我们自定义实现Runnable接口的任务 */
task.run();
/* 该方法其它代码略 */
}
// 工作线程也是线程，必须实现run方法
public void run() {
try {
Runnable task = firstTask;
firstTask = null;
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
runTask(task);
task = null;
}
} finally {
workerDone(this);
}
}
// 任务队列中获得任务
Runnable getTask() {
/* 其它代码略 */
for (;;) {
return r = workQueue.take();
}
}
}此处为示意代码，删除了大量的判断条件和锁资源。execute方法是通过Worker类启动的一个工作线程，执行的是我们的第一个任务，然后改线程通过getTask方法从任务队列中获取任务，之后再继续执行，但问题是任务队列是一个BlockingQuene，是阻塞式的，也就是说如果该队列的元素为0，则保持等待状态，直到有任务进入为止，我们来看LinkedBlockingQuene的take方法，代码如下：
public E take() throws InterruptedException {
E x;
int c = -1;
final AtomicInteger count = this.count;
final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
takeLock.lockInterruptibly();
try {
try {
// 如果队列中的元素为0，则等待
while (count.get() == 0)
notEmpty.await();
} catch (InterruptedException ie) {
notEmpty.signal(); // propagate to a non-interrupted thread
throw ie;
}
// 等待状态结束，弹出头元素
x = extract();
c = count.getAndDecrement();
// 如果队列数量还多于一个，唤醒其它线程
if (c > 1)
notEmpty.signal();
} finally {
takeLock.unlock();
}
if (c == capacity)
signalNotFull();
// 返回头元素
return x;
}分析到这里，我们就明白了线程池的创建过程：创建一个阻塞队列以容纳任务，在第一次执行任务时创建做够多的线程(不超过许可线程数)，并处理任务，之后每个工作线程自行从任务对列中获得任务，直到任务队列中的任务数量为0为止，此时，线程将处于等待状态，一旦有任务再加入到队列中，即召唤醒工作线程进行处理，实现线程的可复用性。
使用线程池减少的是线程的创建和销毁时间，这对于多线程应用来说非常有帮助，比如我们常用的Servlet容器，每次请求处理的都是一个线程，如果不采用线程池技术，每次请求都会重新创建一个新的线程，这会导致系统的性能符合加大，响应效率下降，降低了系统的友好性。
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