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ThreadPool 线程池
ThreadPoolDemo2、ThreadPoolDemo1
1 线程池简介
线程池(英语:thread pool): 一种线程使用模式。
线程过多会带来调度开销， 进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。
线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。
例子: 10 年前单核 CPU 电脑，假的多线程，像马戏团小丑玩多个球，CPU 需要来回切换。现在是多核电脑，多个线程各自跑在独立的 CPU 上，不用切换效率高。
线程池的优势
线程池做的工作只要是控制运行的线程数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。
它的主要特点为:
- 降低资源消耗: 通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的销耗。
- 提高响应速度: 当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。
- 提高线程的可管理性: 线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会销耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
- Java 中的线程池是通过 Executor 框架实现的，该框架中用到了 Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor 这几个类
2 线程池参数说明
本次介绍 5 种类型的线程池
2.1 常用参数(重点)
- corePoolSize 线程池的核心线程数
- maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
- keepAliveTime 空闲线程存活时间
- unit 存活的时间单位
- workQueue 存放提交但未执行任务的队列
- threadFactory 创建线程的工厂类
- handler 等待队列满后的拒绝策略
线程池中，有三个重要的参数，决定影响了拒绝策略:
-
corePoolSize - 核心线程数，也即最小的线程数。
-
workQueue - 阻塞队列 。
-
maximumPoolSize - 最大线程数
当提交任务数大于 corePoolSize 的时候，会优先将任务放到 workQueue 阻塞队列中。当阻塞队列饱和后，会扩充线程池中线程数，直到达到 maximumPoolSize 最大线程数配置。此时，再多余的任务，则会触发线程池的拒绝策略了。
总结起来，也就是一句话，当提交的任务数大于(workQueue.size() + maximumPoolSize )，就会触发线程池的拒绝策略。
2.2 拒绝策略(重点)
- CallerRunsPolicy: 当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话，则使用调用线程直接运行任务。一般并发比较小，性能要求不高，不允许失败。但是，由于调用者自己运行任务，如果任务提交速度过快，可能导致程序阻塞，性能效率上必然的损失较大。
- AbortPolicy: 丢弃任务，并抛出拒绝执行 RejectedExecutionException 异常信息。
线程池默认的拒绝策略。必须处理好抛出的异常，否则会打断当前的执行流程，影响后续的任务执行。 - DiscardPolicy: 直接丢弃，其他啥都没有
- DiscardOldestPolicy: 当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话，丢弃阻塞队列 workQueue 中最老的一个任务，并将新任务加入
3 线程池的种类与创建
3.1 newCachedThreadPool(常用)
作用:
创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程
特点:
• 线程池中数量没有固定，可达到最大值(Interger. MAX_VALUE)
• 线程池中的线程可进行缓存重复利用和回收(回收默认时间为 1 分钟)
• 当线程池中，没有可用线程，会重新创建一个线程
创建方式:
/**
* 可缓存线程池 * @return
*/
public static ExecutorService newCachedThreadPool(){
/**
* corePoolSize 线程池的核心线程数
* maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
* keepAliveTime 空闲线程存活时间
* unit 存活的时间单位
* workQueue 存放提交但未执行任务的队列
* threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
* handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
*/
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L,
TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<>(), Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
}
场景:
适用于创建一个可无限扩大的线程池，服务器负载压力较轻，执行时间较短，任务多的场景
3.2 newFixedThreadPool(常用)
作用:
创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的*队列方式来运行这些线程。在任意点，在大多数线程会处于处理任务的活动状态。
如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中等待。
如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务(如果需要)。
在某个线程被显式地关闭之前，池中的线程将一直存在。
特征:
• 线程池中的线程处于一定的量，可以很好的控制线程的并发量
• 线程可以重复被使用，在显示关闭之前，都将一直存在
• 超出一定量的线程被提交时候需在队列中等待
创建方式: 略
场景:
适用于可以预测线程数量的业务中，或者服务器负载较重，对线程数有严 格限制的场景
3.3 newSingleThreadExecutor(常用)
/**
* 固定长度线程池 * @return
*/
public static ExecutorService newFixedThreadPool(){
/**
* corePoolSize 线程池的核心线程数
* maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
* keepAliveTime 空闲线程存活时间
* unit 存活的时间单位
* workQueue 存放提交但未执行任务的队列
* threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
* handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
*/
return new ThreadPoolExecutor(10, 10,0L,
TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(), Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
}
作用:
创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以*队列方式来运行该线程。
(注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程，那么如果需要，一个新线程将代替它执行后续的任务)。
可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。与其他等效的 newFixedThreadPool 不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即可使用其他的线程。
特征:
线程池中最多执行 1 个线程，之后提交的线程活动将会排在队列中以此执行
创建方式:
/**
* 单一线程池
* @return
*/
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(){
/**
* corePoolSize 线程池的核心线程数
* maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
* keepAliveTime 空闲线程存活时间
* unit 存活的时间单位
* workQueue 存放提交但未执行任务的队列 * threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略 * handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
*/
return new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L,
TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<>(), Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
}
场景: 适用于需要保证顺序执行各个任务，并且在任意时间点，不会同时有多个线程的场景
3.4 newScheduleThreadPool(了解)
作用:
线程池支持定时以及周期性执行任务，创建一个 corePoolSize 为传入参数，最大线程数为整形的最大数的线程池 **
特征:
(1)线程池中具有指定数量的线程，即便是空线程也将保留
(2)可定时或者 延迟执行线程活动
创建方式:
场景:
适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景
3.5 newWorkStealingPool
jdk1.8 提供的线程池，底层使用的是 ForkJoinPool 实现，
创建一个拥有多个任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可用 cpu 核数的线程来并行执行任务
创建方式:
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize,ThreadFactory threadFactory) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize,threadFactory);
}
public static ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism) {
/**
* parallelism:并行级别，通常默认为 JVM 可用的处理器个数
* factory:用于创建 ForkJoinPool 中使用的线程。
* handler:用于处理工作线程未处理的异常，默认为 null
* asyncMode:用于控制 WorkQueue 的工作模式:队列---反队列
*/
return new ForkJoinPool(parallelism, ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory, null,true);
}
场景:
适用于大耗时，可并行执行的场景
4 线程池入门案例
场景:
火车站 3 个售票口, 10 个用户买票
package com.atguigu.test; import java.util.concurrent.*;
/**
* 入门案例
*/
public class ThreadPoolDemo1 {
/**
* 火车站 3 个售票口, 10 个用户买票
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
//定时线程次:线程数量为 3---窗口数为 3
ExecutorService threadService = new ThreadPoolExecutor(3,3,60L,
TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<>(), Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());
try {
//10 个人买票
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
threadService.execute(()->{
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "窗口,开始卖票");
Thread.sleep(5000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 窗口买票结束");
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
});
}
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}finally {
//完成后结束
threadService.shutdown();
}
}
}
5 线程池底层工作原理(重要)
- 在创建了线程池后，线程池中的线程数为零
- 当调用execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断:
2.1 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务;
2.2 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入 队列;
2.3 如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于 maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务;
2.4 如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会启动饱和拒绝策略来执行。 - 当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行
- 当一个线程无事可做超过一定的时间(keepAliveTime)时，线程会判断:
4.1 如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。
4.2 所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。
6 注意事项(重要)
1 自定义线程池原因：
项目中创建多线程时，使用常见的三种线程池创建方式，单一、可变、定长都有一定问题，原因是 FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor 底层都是用 LinkedBlockingQueue 实现的，这个队列最大长度为 Integer.MAX_VALUE，容易导致 OOM。所以实际生产一般自己通过 ThreadPoolExecutor 的 7 个参数，自定义线程池。
2 创建线程池推荐适用ThreadPoolExecutor及其7个参数手动创建：
- corePoolSize 线程池的核心线程数
- maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
- keepAliveTime 空闲线程存活时间
- unit 存活的时间单位
- workQueue 存放提交但未执行任务的队列
- threadFactory 创建线程的工厂类
- handler 等待队列满后的拒绝策略
3 为什么不允许适用不允许Executors.的方式手动创建线程池,如下图