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Java线程池深入理解

[日期:2018-05-21] 来源:Linux社区  作者:Hangtutu [字体: ]

一.为什么要用线程池

1.减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。
2.可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。Java里面线程池的顶级接口是Executor,但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。
 

二.比较几个重要的类

ExecutorService : 真正的线程池接口。
ScheduledExecutorService :  能和Timer/TimerTask类似,解决那些需要任务重复执行的问题。
ThreadPoolExecutor : ExecutorService的默认实现。
ScheduledThreadPoolExecutor : 继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现,周期性任务调度的类实现。
1. 继承关系:
    ThreadPoolExexutor继承了AbstractExecutorService
    AbstractExecutorService实现了ExecutorService
    ExecutorService继承了Executor
2. ThreadPoolExecutor、AbstractExecutorService、ExecutorService和Executor几个之间的关系:
    Executor是一个顶层接口,在它里面只声明了一个方法execute(Runnable),返回值为void,参数为Runnable类型,从字面意思可以理解,就是用来执行传进去的任务的;
    然后ExecutorService接口继承了Executor接口,并声明了一些方法:submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等;
    抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口,基本实现了ExecutorService中声明的所有方法;
    然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。
 
3. ThreadPoolExecutor类中提供的四种构造方法:
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue);
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory);
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler);
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
        BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);
}
 
4. 各个参数的含义:
corePoolSize:核心池的大小,这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后,默认情况下,线程池中并没有任何线程,而是等待有任务到来才创建线程去执行任务,除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法,
  从这2个方法的名字就可以看出,是预创建线程的意思,即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下,在创建了线程池后,线程池中的线程数为0,当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中;
 
maximumPoolSize:线程池最大线程数,这个参数也是一个非常重要的参数,它表示在线程池中最多能创建多少个线程
 
keepAliveTime:表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下,只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime才会起作用,直到线程池中的线程数不大于corePoolSize,即当线程池中的线程数大于corePoolSize时,
  如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime,则会终止,直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法,在线程池中的线程数不大于corePoolSize时,keepAliveTime参数也会起作用,直到线程池中的线程数为0;
 
unit:参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性:
    TimeUnit.DAYS;              //天
    TimeUnit.HOURS;            //小时
    TimeUnit.MINUTES;          //分钟
    TimeUnit.SECONDS;          //秒
    TimeUnit.MILLISECONDS;      //毫秒
    TimeUnit.MICROSECONDS;      //微妙
    TimeUnit.NANOSECONDS;      //纳秒
 
workQueue:一个阻塞队列,用来存储等待执行的任务,这个参数的选择也很重要,会对线程池的运行过程产生重大影响,一般来说,这里的阻塞队列有以下几种选择
      ArrayBlockingQueue:基于数组结构的有界阻塞队列,按FIFO排序任务;
      LinkedBlockingQuene:基于链表结构的阻塞队列,按FIFO排序任务,吞吐量通常要高于
      SynchronousQuene:一个不存储元素的阻塞队列,每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作,否则插入操作一直处于阻塞状态,吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene;
      PriorityBlockingQuene:具有优先级的无界阻塞队列;
 
threadFactory:线程工厂,主要用来创建线程;
 
handler:表示当拒绝处理任务时的策略,有以下四种取值:
    ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
    ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:也是丢弃任务,但是不抛出异常。
    ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:丢弃队列最前面的任务,然后重新尝试执行任务(重复此过程)
    ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务
 

三.Java自带的四种线程池

newSingleThreadExecutor: 创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程,直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变,如果某个线程因为执行异常而结束,那么线程池会补充一个新线程。
newFixedThreadPool: 创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程,直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变,如果某个线程因为执行异常而结束,那么线程池会补充一个新线程。
newCachedThreadPool: 创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程,那么就会回收部分空闲(60秒不执行任务)的线程,当任务数增加时,此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制,线程池大小完全依赖于操作系统(或者说JVM)能够创建的最大线程大小。
newScheduledThreadPool: 创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求
 

四.线程池的组成部分

1.线程池管理器: 创建、销毁并管理线程池,将工作线程放入线程池中
2.工作线程: 一个可以循环执行任务的线程,在没有任务时将进行等待
3.任务列队: 提供一种缓冲机制,将没有处理的任务放在任务队列中
4.任务接口: 是每个任务必须实现的接口,主要用来规定任务的入口、任务执行完后的收尾工作、任务的执行状态等,工作线程通过该接口调度任务的执行
 

五.PoolSize

线程池中的核心线程数,当提交一个任务时,线程池创建一个新线程执行任务,直到当前线程数等于corePoolSize;如果当前线程数为corePoolSize,继续提交的任务被保存到阻塞队列中,等待被执行;
如果阻塞队列满了,那就创建新的线程执行当前任务;直到线程池中的线程数达到maxPoolSize,这时再有任务来,只能执行reject()处理该任务;
 
 

六.线程池的状态(5种)

  1、RUNNING:-1 << COUNT_BITS,即高3位为111,该状态的线程池会接收新任务,并处理阻塞队列中的任务;
  2、SHUTDOWN: 0 << COUNT_BITS,即高3位为000,该状态的线程池不会接收新任务,但会处理阻塞队列中的任务;
  3、STOP : 1 << COUNT_BITS,即高3位为001,该状态的线程不会接收新任务,也不会处理阻塞队列中的任务,而且会中断正在运行的任务;
  4、TIDYING : 2 << COUNT_BITS,即高3位为010,该状态表示线程池对线程进行整理优化;
  5、TERMINATED: 3 << COUNT_BITS,即高3位为011,该状态表示线程池停止工作;
 
 

七.向线程池提交任务

execute()内部实现
1.首次通过workCountof()获知当前线程池中的线程数,
  如果小于corePoolSize, 就通过addWorker()创建线程并执行该任务;
 否则,将该任务放入阻塞队列;
2. 如果能成功将任务放入阻塞队列中,
  如果当前线程池是非RUNNING状态,则将该任务从阻塞队列中移除,然后执行reject()处理该任务;
  如果当前线程池处于RUNNING状态,则需要再次检查线程池(因为可能在上次检查后,有线程资源被释放),是否有空闲的线程;如果有则执行该任务;
3、如果不能将任务放入阻塞队列中,说明阻塞队列已满;那么将通过addWoker()尝试创建一个新的线程去执行这个任务;如果addWoker()执行失败,说明线程池中线程数达到maxPoolSize,则执行reject()处理任务;
 
sumbit()内部实现
会将提交的Callable任务会被封装成了一个FutureTask对象
FutureTask类实现了Runnable接口,这样就可以通过Executor.execute()提交FutureTask到线程池中等待被执行,最终执行的是FutureTask的run方法;
比较:
两个方法都可以向线程池提交任务,execute()方法的返回类型是void,它定义在Executor接口中, 而submit()方法可以返回持有计算结果的Future对象,它定义在ExecutorService接口中,它扩展了Executor接口,其它线程池类像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有这些方法。
 
总结executor() vs submit():
(1)execute()方法实际上是Executor中声明的方法,在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现,这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法,通过这个方法可以向线程池提交一个任务,交由线程池去执行。
(2)submit()方法是在ExecutorService中声明的方法,在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现,在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写,这个方法也是用来向线程池提交任务的,但是它和execute()方法不同,它能够返回任务执行的结果,去看submit()方法的实现,
会发现它实际上还是调用的execute()方法,只不过它利用了Future来获取任务执行结果。
 

八.线程池的关闭

ThreadPoolExecutor提供了两个方法,用于线程池的关闭,分别是shutdown()和shutdownNow(),其中:
  shutdown():不会立即终止线程池,而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止,但再也不会接受新的任务
  shutdownNow():立即终止线程池,并尝试打断正在执行的任务,并且清空任务缓存队列,返回尚未执行的任务
 

九.实现

import org.junit.Test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
 
public class TestExecutor {
    @Test
    public void testSingleThreadExecutorPool() {
        ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        Thread t1 = new MyThread();
        Thread t2 = new MyThread();
        Thread t3 = new MyThread();
        Thread t4 = new MyThread();
        Thread t5 = new MyThread();
        pool.execute(t1);
        pool.execute(t2);
        pool.execute(t3);
        pool.execute(t4);
        pool.execute(t5);
        pool.shutdown();
        /*
        pool-1-thread-1正在执行...
        pool-1-thread-1正在执行...
        pool-1-thread-1正在执行...
        pool-1-thread-1正在执行...
        pool-1-thread-1正在执行...
        */
    }
 
    @Test
    public void testFixThreadExecutorPool() {
        //创建一个可重用固定线程数的线程池
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
 
        //创建实现了Runnable接口对象,Thread对象当然也实现了Runnable接口
        Thread t1 = new MyThread();
        Thread t2 = new MyThread();
        Thread t3 = new MyThread();
        Thread t4 = new MyThread();
        Thread t5 = new MyThread();
 
        //将线程放入池中进行执行
        pool.execute(t1);
        pool.execute(t2);
        pool.execute(t3);
        pool.execute(t4);
        pool.execute(t5);
 
        //关闭线程池
        pool.shutdown();
        /*
        *pool-1-thread-1正在执行...
        *pool-1-thread-2正在执行...
        *pool-1-thread-1正在执行...
        *pool-1-thread-2正在执行...
        *pool-1-thread-1正在执行...
        */
    }
 
    @Test
    public void testCachedThreadExecutorPool() {
        //创建一个可重用固定线程数的线程池
        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
 
        //创建实现了Runnable接口对象,Thread对象当然也实现了Runnable接口
        Thread t1 = new MyThread();
        Thread t2 = new MyThread();
        Thread t3 = new MyThread();
        Thread t4 = new MyThread();
        Thread t5 = new MyThread();
 
        //将线程放入池中进行执行
        pool.execute(t1);
        pool.execute(t2);
        pool.execute(t3);
        pool.execute(t4);
        pool.execute(t5);
 
        //关闭线程池
        pool.shutdown();
        /*
        pool-1-thread-1正在执行...
        pool-1-thread-2正在执行...
        pool-1-thread-1正在执行...
        pool-1-thread-3正在执行...
        pool-1-thread-1正在执行...
        */
    }
 
    @Test
    public void testScheduledThreadPoolExecutor() {
        ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);
 
        exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段时间就触发异常
            public void run() {
                System.out.println("================");
            }
        }, 1000, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);
 
        exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段时间打印系统时间,证明两者是互不影响的
            public void run() {
                System.out.println(System.nanoTime());
            }
        }, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
    }
    /**
    ================
    440697961331385
    440699965178923
    440701962726589
    ================
    440703964380898
    440705963957505
    ================
    440707961439581
    440709966042376
    440711964335904
    ================
    */
}

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