JAVA进阶----ThreadPoolExecutor机制(转)

2023-01-17 11:45:39

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ThreadPoolExecutor机制 
一、概述 
1、ThreadPoolExecutor作为java.util.concurrent包对外提供基础实现，以内部线程池的形式对外提供管理任务执行，线程调度，线程池管理等等服务； 
2、Executors方法提供的线程服务，都是通过参数设置来实现不同的线程池机制。 
3、先来了解其线程池管理的机制，有助于正确使用，避免错误使用导致严重故障。同时可以根据自己的需求实现自己的线程池

二、核心构造方法讲解 
下面是ThreadPoolExecutor最核心的构造方法

  1. public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
  2. int maximumPoolSize,
  3. long keepAliveTime,
  4. TimeUnit unit,
  5. BlockingQueue<Runnable> workQueue,
  6. ThreadFactory threadFactory,
  7. RejectedExecutionHandler handler) {
  8. if (corePoolSize < 0 ||
  9. maximumPoolSize <= 0 ||
  10. maximumPoolSize < corePoolSize ||
  11. keepAliveTime < 0)
  12. throw new IllegalArgumentException();
  13. if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
  14. throw new NullPointerException();
  15. this.corePoolSize = corePoolSize;
  16. this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
  17. this.workQueue = workQueue;
  18. this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
  19. this.threadFactory = threadFactory;
  20. this.handler = handler;
  21. }

构造方法参数讲解

参数名 作用
corePoolSize 核心线程池大小
maximumPoolSize 最大线程池大小
keepAliveTime 线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间；可以allowCoreThreadTimeOut(true)使得核心线程有效时间
TimeUnit keepAliveTime时间单位
workQueue 阻塞任务队列
threadFactory 新建线程工厂
RejectedExecutionHandler 当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时，任务会交给RejectedExecutionHandler来处理

重点讲解： 
其中比较容易让人误解的是：corePoolSize，maximumPoolSize，workQueue之间关系。

1.当线程池小于corePoolSize时，新提交任务将创建一个新线程执行任务，即使此时线程池中存在空闲线程。 
2.当线程池达到corePoolSize时，新提交任务将被放入workQueue中，等待线程池中任务调度执行 
3.当workQueue已满，且maximumPoolSize>corePoolSize时，新提交任务会创建新线程执行任务 
4.当提交任务数超过maximumPoolSize时，新提交任务由RejectedExecutionHandler处理 
5.当线程池中超过corePoolSize线程，空闲时间达到keepAliveTime时，关闭空闲线程 
6.当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭

线程管理机制图示： 
JAVA进阶----ThreadPoolExecutor机制(转)

三、Executors提供的线程池配置方案

1、构造一个固定线程数目的线程池，配置的corePoolSize与maximumPoolSize大小相同，同时使用了一个*LinkedBlockingQueue存放阻塞任务，因此多余的任务将存在再阻塞队列，不会由RejectedExecutionHandler处理

  1. public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
  2. return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
  3. 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
  4. new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
  5. }

2、构造一个缓冲功能的线程池，配置corePoolSize=0，maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE，keepAliveTime=60s,以及一个无容量的阻塞队列 SynchronousQueue，因此任务提交之后，将会创建新的线程执行；线程空闲超过60s将会销毁

  1. public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
  2. return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
  3. 60L, TimeUnit.SECONDS,
  4. new SynchronousQueue<Runnable>());
  5. }

3、构造一个只支持一个线程的线程池，配置corePoolSize=maximumPoolSize=1，*阻塞队列LinkedBlockingQueue；保证任务由一个线程串行执行

  1. public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
  2. return new FinalizableDelegatedExecutorService
  3. (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
  4. 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
  5. new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
  6. }

4、构造有定时功能的线程池，配置corePoolSize，*延迟阻塞队列DelayedWorkQueue；有意思的是：maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE，由于DelayedWorkQueue是*队列，所以这个值是没有意义的

  1. public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
  2. return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
  3. }
  4. public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(
  5. int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {
  6. return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);
  7. }
  8. public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
  9. ThreadFactory threadFactory) {
  10. super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, TimeUnit.NANOSECONDS,
  11. new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
  12. }

四、定制属于自己的非阻塞线程池

  1. import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  3. import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
  4. import java.util.concurrent.ThreadFactory;
  5. import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
  6. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  7. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
  8. public class CustomThreadPoolExecutor {
  9. private ThreadPoolExecutor pool = null;
  10. /**
  11. * 线程池初始化方法
  12. *
  13. * corePoolSize 核心线程池大小----10
  14. * maximumPoolSize 最大线程池大小----30
  15. * keepAliveTime 线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间----30+单位TimeUnit
  16. * TimeUnit keepAliveTime时间单位----TimeUnit.MINUTES
  17. * workQueue 阻塞队列----new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10)====10容量的阻塞队列
  18. * threadFactory 新建线程工厂----new CustomThreadFactory()====定制的线程工厂
  19. * rejectedExecutionHandler 当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时,
  20. *                          即当提交第41个任务时(前面线程都没有执行完,此测试方法中用sleep(100)),
  21. *                                任务会交给RejectedExecutionHandler来处理
  22. */
  23. public void init() {
  24. pool = new ThreadPoolExecutor(
  25. 10,
  26. 30,
  27. 30,
  28. TimeUnit.MINUTES,
  29. new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10),
  30. new CustomThreadFactory(),
  31. new CustomRejectedExecutionHandler());
  32. }
  33. public void destory() {
  34. if(pool != null) {
  35. pool.shutdownNow();
  36. }
  37. }
  38. public ExecutorService getCustomThreadPoolExecutor() {
  39. return this.pool;
  40. }
  41. private class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {
  42. private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
  43. @Override
  44. public Thread newThread(Runnable r) {
  45. Thread t = new Thread(r);
  46. String threadName = CustomThreadPoolExecutor.class.getSimpleName() + count.addAndGet(1);
  47. System.out.println(threadName);
  48. t.setName(threadName);
  49. return t;
  50. }
  51. }
  52. private class CustomRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {
  53. @Override
  54. public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
  55. // 记录异常
  56. // 报警处理等
  57. System.out.println("error.............");
  58. }
  59. }
  60. // 测试构造的线程池
  61. public static void main(String[] args) {
  62. CustomThreadPoolExecutor exec = new CustomThreadPoolExecutor();
  63. // 1.初始化
  64. exec.init();
  65. ExecutorService pool = exec.getCustomThreadPoolExecutor();
  66. for(int i=1; i<100; i++) {
  67. System.out.println("提交第" + i + "个任务!");
  68. pool.execute(new Runnable() {
  69. @Override
  70. public void run() {
  71. try {
  72. Thread.sleep(3000);
  73. } catch (InterruptedException e) {
  74. e.printStackTrace();
  75. }
  76. System.out.println("running=====");
  77. }
  78. });
  79. }
  80. // 2.销毁----此处不能销毁,因为任务没有提交执行完,如果销毁线程池,任务也就无法执行了
  81. // exec.destory();
  82. try {
  83. Thread.sleep(10000);
  84. } catch (InterruptedException e) {
  85. e.printStackTrace();
  86. }
  87. }
  88. }

方法中建立一个核心线程数为30个，缓冲队列有10个的线程池。每个线程任务，执行时会先睡眠3秒，保证提交10任务时，线程数目被占用完，再提交30任务时，阻塞队列被占用完，，这样提交第41个任务是，会交给CustomRejectedExecutionHandler 异常处理类来处理。

提交任务的代码如下：

  1. public void execute(Runnable command) {
  2. if (command == null)
  3. throw new NullPointerException();
  4. /*
  5. * Proceed in 3 steps:
  6. *
  7. * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
  8. * start a new thread with the given command as its first
  9. * task.  The call to addWorker atomically checks runState and
  10. * workerCount, and so prevents false alarms that would add
  11. * threads when it shouldn't, by returning false.
  12. *
  13. * 2. If a task can be successfully queued, then we still need
  14. * to double-check whether we should have added a thread
  15. * (because existing ones died since last checking) or that
  16. * the pool shut down since entry into this method. So we
  17. * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
  18. * stopped, or start a new thread if there are none.
  19. *
  20. * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
  21. * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated
  22. * and so reject the task.
  23. */
  24. int c = ctl.get();
  25. if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
  26. if (addWorker(command, true))
  27. return;
  28. c = ctl.get();
  29. }
  30. if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
  31. int recheck = ctl.get();
  32. if (! isRunning(recheck) && remove(command))
  33. reject(command);
  34. else if (workerCountOf(recheck) == 0)
  35. addWorker(null, false);
  36. }
  37. else if (!addWorker(command, false))
  38. reject(command);
  39. }

注意：41以后提交的任务就不能正常处理了，因为，execute中提交到任务队列是用的offer方法，如上面代码，这个方法是非阻塞的，所以就会交给CustomRejectedExecutionHandler 来处理，所以对于大数据量的任务来说，这种线程池，如果不设置队列长度会OOM，设置队列长度，会有任务得不到处理，接下来我们构建一个阻塞的自定义线程池

五、定制属于自己的阻塞线程池

  1. package com.tongbanjie.trade.test.commons;
  2. import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
  3. import java.util.concurrent.ExecutorService;
  4. import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
  5. import java.util.concurrent.ThreadFactory;
  6. import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
  7. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  8. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
  9. public class CustomThreadPoolExecutor {
  10. private ThreadPoolExecutor pool = null;
  11. /**
  12. * 线程池初始化方法
  13. *
  14. * corePoolSize 核心线程池大小----1
  15. * maximumPoolSize 最大线程池大小----3
  16. * keepAliveTime 线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间----30+单位TimeUnit
  17. * TimeUnit keepAliveTime时间单位----TimeUnit.MINUTES
  18. * workQueue 阻塞队列----new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5)====5容量的阻塞队列
  19. * threadFactory 新建线程工厂----new CustomThreadFactory()====定制的线程工厂
  20. * rejectedExecutionHandler 当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时,
  21. *                          即当提交第41个任务时(前面线程都没有执行完,此测试方法中用sleep(100)),
  22. *                                任务会交给RejectedExecutionHandler来处理
  23. */
  24. public void init() {
  25. pool = new ThreadPoolExecutor(
  26. 1,
  27. 3,
  28. 30,
  29. TimeUnit.MINUTES,
  30. new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5),
  31. new CustomThreadFactory(),
  32. new CustomRejectedExecutionHandler());
  33. }
  34. public void destory() {
  35. if(pool != null) {
  36. pool.shutdownNow();
  37. }
  38. }
  39. public ExecutorService getCustomThreadPoolExecutor() {
  40. return this.pool;
  41. }
  42. private class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {
  43. private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
  44. @Override
  45. public Thread newThread(Runnable r) {
  46. Thread t = new Thread(r);
  47. String threadName = CustomThreadPoolExecutor.class.getSimpleName() + count.addAndGet(1);
  48. System.out.println(threadName);
  49. t.setName(threadName);
  50. return t;
  51. }
  52. }
  53. private class CustomRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {
  54. @Override
  55. public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
  56. try {
  57. // 核心改造点，由blockingqueue的offer改成put阻塞方法
  58. executor.getQueue().put(r);
  59. } catch (InterruptedException e) {
  60. e.printStackTrace();
  61. }
  62. }
  63. }
  64. // 测试构造的线程池
  65. public static void main(String[] args) {
  66. CustomThreadPoolExecutor exec = new CustomThreadPoolExecutor();
  67. // 1.初始化
  68. exec.init();
  69. ExecutorService pool = exec.getCustomThreadPoolExecutor();
  70. for(int i=1; i<100; i++) {
  71. System.out.println("提交第" + i + "个任务!");
  72. pool.execute(new Runnable() {
  73. @Override
  74. public void run() {
  75. try {
  76. System.out.println(">>>task is running=====");
  77. TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
  78. } catch (InterruptedException e) {
  79. e.printStackTrace();
  80. }
  81. }
  82. });
  83. }
  84. // 2.销毁----此处不能销毁,因为任务没有提交执行完,如果销毁线程池,任务也就无法执行了
  85. // exec.destory();
  86. try {
  87. Thread.sleep(10000);
  88. } catch (InterruptedException e) {
  89. e.printStackTrace();
  90. }
  91. }
  92. }

解释：当提交任务被拒绝时，进入拒绝机制，我们实现拒绝方法，把任务重新用阻塞提交方法put提交，实现阻塞提交任务功能，防止队列过大，OOM，提交被拒绝方法在下面

  1. public void execute(Runnable command) {
  2. if (command == null)
  3. throw new NullPointerException();
  4. int c = ctl.get();
  5. if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
  6. if (addWorker(command, true))
  7. return;
  8. c = ctl.get();
  9. }
  10. if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
  11. int recheck = ctl.get();
  12. if (! isRunning(recheck) && remove(command))
  13. reject(command);
  14. else if (workerCountOf(recheck) == 0)
  15. addWorker(null, false);
  16. }
  17. else if (!addWorker(command, false))
  18. // 进入拒绝机制， 我们把runnable任务拿出来，重新用阻塞操作put，来实现提交阻塞功能
  19. reject(command);
  20. }

总结： 
1、用ThreadPoolExecutor自定义线程池，看线程是的用途，如果任务量不大，可以用*队列，如果任务量非常大，要用有界队列，防止OOM 
2、如果任务量很大，还要求每个任务都处理成功，要对提交的任务进行阻塞提交，重写拒绝机制，改为阻塞提交。保证不抛弃一个任务 
3、最大线程数一般设为2N+1最好，N是CPU核数 
4、核心线程数，看应用，如果是任务，一天跑一次，设置为0，合适，因为跑完就停掉了，如果是常用线程池，看任务量，是保留一个核心还是几个核心线程数 
5、如果要获取任务执行结果，用CompletionService，但是注意，获取任务的结果的要重新开一个线程获取，如果在主线程获取，就要等任务都提交后才获取，就会阻塞大量任务结果，队列过大OOM，所以最好异步开个线程获取结果

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