Java学习(十五)-线程与线程池学习（Thread与ThreadPoolExecutor）

2022-11-20 16:54:10

一、Thread

Java创建线程Thread的三种方式

1、通过继承Thread类创建线程
  • 单继承：编写简单，缺点是只能继承一个类，要是想同时继承其他业务类，不能实现；要想实现多继承，只能使用implements
2、通过实现Runnable接口来创建线程
  • 数据共享：Runnable是可以实现数据共享的，多个Thread可以同时加载一个runnable
  • 线程不安全：当各自Thread获得CPU时间片的时候开始运行Runnable，Runnable里面的资源是被共享的，所以使用Runnable更加的灵活，但是也容易造成线程不安全
3、通过实现Callable接口来创建线程
  1. 有返回值：Runnable是执行工作的独立任务，但是它不返回任何值。如果你希望任务在完成的能返回一个值，那么可以实现Callable接口而不是Runnable接口

二、ThreadPoolExecutor

2.1、线程池的概念

  1. 线程池（Thread Pool）是一种基于池化思想管理线程的工具，经常出现在多线程服务器中，如MySQL。
  2. 使用线程池可以带来一系列好处：
    • 降低资源消耗：通过池化技术重复利用已创建的线程，降低线程创建和销毁造成的损耗。
    • 提高响应速度：任务到达时，无需等待线程创建即可立即执行。
    • 提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制创建，不仅会消耗系统资源，还会因为线程的不合理分布导致资源调度失衡，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。
    • 提供更多更强大的功能：线程池具备可拓展性，允许开发人员向其中增加更多的功能。比如延时定时线程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允许任务延期执行或定期执行。

2.2、ThreadPoolExecutor的使用

 * corePoolSize： 线程池维护线程的最少数量
 * maximumPoolSize：线程池维护线程的最大数量
 * keepAliveTime：非核心线程最大存活时长， 线程池维护线程所允许的空闲时间
 * unit： 线程池维护线程所允许的空闲时间的单位
 * workQueue： 线程池所使用的缓冲队列
 * handler： 线程池对拒绝任务的处理策略
// 五个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,//核心线程数
                          int maximumPoolSize,//最大线程数
                          long keepAliveTime,//非核心线程最大存活时长
                          TimeUnit unit,//时长单位
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)//阻塞队列，存放着等待执行的线程任务

// 六个参数的构造函数-1
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)//创建线程的工厂

// 六个参数的构造函数-2
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler)//拒绝策略，当线程池无法再接受任务时调用

// 七个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

  • 必传入参

    • corePoolSize：指定了线程池中的核心线程数，即不会因线程空闲而被销毁的线程。线程池初始化时默认是没有线程的，当任务来临时才开始创建线程去执行任务。它的数量决定了添加的任务是开辟新的线程去执行，还是放到workQueue任务队列中去。

      核心线程：线程池中有两类线程，核心线程和非核心线程。核心线程默认情况下会一直存在于线程池中，即使这个核心线程什么都不干（铁饭碗），而非核心线程如果长时间的闲置，就会被销毁（临时工）。

    • maximumPoolSize：指定了线程池中的最大线程数量，这个参数会根据你使用的workQueue任务队列的类型，决定线程池会开辟的最大线程数量。

      该值等于核心线程数量 + 非核心线程数量。
      最大线程数，在核心线程数的基础上可能会额外增加一些非核心线程，需要注意的是只有当workQueue队列填满时才会创建多于corePoolSize的线程(线程池总线程数不超过maxPoolSize)。

    • keepAliveTime：非核心线程最大存活时长。

      非核心线程如果处于闲置状态超过该值，就会被销毁。如果设置allowCoreThreadTimeOut(true)，则会也作用于核心线程。
      非核心线程的空闲时间超过keepAliveTime就会被自动终止回收掉，注意当corePoolSize=maxPoolSize时，keepAliveTime参数也就不起作用了(因为不存在非核心线程)；非核心线程：当线程池中空闲线程数量超过corePoolSize时，多余的线程就叫非核心线程。

    • unit：keepAliveTime的单位。

      TimeUnit是一个枚举类型 ，包括以下属性：
      NANOSECONDS ： 1微毫秒 = 1微秒 / 1000 MICROSECONDS ： 1微秒 = 1毫秒 / 1000 MILLISECONDS ： 1毫秒 = 1秒 /1000 SECONDS ： 秒 MINUTES ： 分 HOURS ： 小时 DAYS ： 天

    • workQueue：阻塞队列，存放着等待执行的Runnable任务对象。它一般分为直接提交队列、有界任务队列、*任务队列、优先任务队列、延迟队列几种。

      SynchronousQueue：同步队列，内部容量为0，每个put操作必须等待一个take操作，反之亦然。
      LinkedBlockingQueue：链式阻塞队列，底层数据结构是链表，默认大小是Integer.MAX_VALUE，也可以指定大小。
      ArrayBlockingQueue：数组阻塞队列，底层数据结构是数组，需要指定队列的大小。
      PriorityBlockingQueue：基于优先级的*阻塞队列（优先级的判断通过构造函数传入的Compator对象来决定），内部控制线程同步的锁采用的是非公平锁。
      DelayQueue：延迟队列，该队列中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素

  • 选传入参

    • threadFactory：创建线程的工厂，一般用默认即可。可以自定义线程的名字，设置一些参数等等，如果不想自定义，可以使用默认的Executors.defaultThreadFactory()创建工厂。
    • handle：拒绝策略，当线程池数量大于maximumPoolSize，则执行拒绝策略。

      ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：默认拒绝处理策略，丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
      ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丢弃新来的任务，但是不抛出异常.
      ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列头部（最旧的）的任务，然后重新尝试执行程序（如果再次失败，重复此过程）。
      ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务。

2.3、使用规范

  • 1、线程池数量设置

    io密集型程序：线程数=cpu核数+1；（计算密集型，但是任务越多，任务切换时间越多，则执行效率低，配置线程数尽可能小，则同时进行的任务数量等于cpu核数，线程数=cpu核数+1，处理任务中尽量少打日志，较少IO操作）
    cpu密集型程序：2*CPU核数；（涉及网络和磁盘IO操作，IO密集型任务线程并不是一直在执行任务，配置线程数尽可能多，如2*CPU核数）

  • 2、线程池的处理流程

    一个任务通过 execute(Runnable)方法被添加到线程池，任务就是一个 Runnable类型的对象，任务的执行方法就是 Runnable类型对象的run()方法
    当一个任务通过execute(Runnable)方法欲添加到线程池时：
    1、如果此时线程池中的数量<corePoolSize，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要创建新的线程来处理被添加的任务。
    2、如果此时线程池中的数量= corePoolSize，但是缓冲队列 workQueue未满，那么任务被放入缓冲队列。
    3、如果此时线程池中的数量>corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量<maximumPoolSize，建新的线程来处理被添加的任务
    4、如果此时线程池中的数量>corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量=maximumPoolSize，那么通过 handler所指定的策略来处理此任务。

    也就是处理任务的优先级为：
    核心线程corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize，如果三者都满了，使用handler处理被拒绝的任务。
    当线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止。这样，线程池可以动态的调整池中的线程数。
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2.4、四种常见线程池设置

1、Executors类中提供了几个静态方法实现了创建线程池

  • newCachedThreadPool
    核心线程数为0，非核心线程数为Integer.MAX_VALUE，所以这是一个线程只要空闲60秒就会被回收的线程池，适用于短时间高并发的处理业务，而在峰值过后并不会占用系统资源。

    public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }

  • newFixedThreadPool
    核心线程数量和总线程数量相等，都是传入的参数nThreads，这是一个池中都是核心线程的线程池，所有线程都不会销毁。执行任务的全是核心线程，当没有空闲的核心线程时，任务会进入到阻塞队列，直到有空闲的核心线程才会去从阻塞队列中取出任务并执行，也导致该线程池基本不会发生使用拒绝策略拒绝任务。还有因为LinkedBlockingQueue阻塞队列的大小默认是Integer.MAX_VALUE，如果使用不当，很可能导致内存溢出

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

  • newSingleThreadExecutor
    有且仅有一个核心线程的线程池( corePoolSize == maximumPoolSize=1)，使用了LinkedBlockingQueue(容量很大)，所以，不会创建非核心线程。所有任务按照先来先执行的顺序执行。如果这个唯一的线程不空闲，那么新来的任务会存储在任务队列里等待执行。

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                    threadFactory));
    }

  • newScheduledThreadPool
    创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行，这是一个支持延时任务执行的线程池。

    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          //注意这里使用延迟队列
          new DelayedWorkQueue());
}

    使用案例

    ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(10);
// 入参Runnable实例，延时时间，时间单位
pool.schedule(() -> System.out.println("执行1"), 5, TimeUnit.SECONDS);
pool.schedule(() -> System.out.println("执行2"), 4, TimeUnit.SECONDS);
pool.schedule(() -> System.out.println("执行3"), 6, TimeUnit.SECONDS); 
打印结果：
执行2
执行1
执行3
2、newCachedThreadPool与newFixedThreadPool区别
  • 因为corePoolSize == maximumPoolSize ，所以FixedThreadPool只会创建核心线程。 而CachedThreadPool因为corePoolSize=0，所以只会创建非核心线程。
  • FixedThreadPool在getTask()方法，如果队列里没有任务可取，线程会一直阻塞在LinkedBlockingQueue.take() ，线程不会被回收。CachedThreadPool会在60s后收回。
  • 由于线程不会被回收，会一直卡在阻塞，所以没有任务的情况下， FixedThreadPool占用资源更多。
  • 都几乎不会触发拒绝策略，但是原理不同。FixedThreadPool是因为阻塞队列可以很大（最大为Integer.MAX_VALUE），故几乎不会触发拒绝策略；CachedThreadPool是因为线程池很大（最大为Integer.MAX_VALUE），几乎不会导致线程数量大于最大线程数，故几乎不会触发拒绝策略。

参考文档：
https://tech.meituan.com/2020/04/02/java-pooling-pratice-in-meituan.html
https://blog.csdn.net/qq_41135605/article/details/11445310

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