线程池的使用

2024-04-11 23:27:01

1、为什么使用线程池

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。
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，防止消耗过多的内存。
web项目应该创建统一的线程池，如静态或者交给容器处理，而不是每回都去 new 一个线程池。

2、Java中的ThreadPoolExecutor类

java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类。

在ThreadPoolExecutor类中提供了四个构造方法：

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);
      .....
}

从上面的代码可以得知，ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类，并提供了四个构造器，事实上，通过观察每个构造器的源码具体实现，发现前面三个构造器都是调用的第四个构造器进行的初始化工作。

下面解释下一下构造器中各个参数的含义：

corePoolSize：线程池大小。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。
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

ThreadPoolExecutor池子的处理流程如下：　　

1）当池子大小小于corePoolSize就新建线程，并处理请求

2）当池子大小等于corePoolSize，把请求放入workQueue中，池子里的空闲线程就去从workQueue中取任务并处理

3）当workQueue放不下新入的任务时，新建线程入池，并处理请求，如果池子大小撑到了maximumPoolSize就用RejectedExecutionHandler来做拒绝处理

4）另外，当池子的线程数大于corePoolSize的时候，多余的线程会等待keepAliveTime长的时间，如果无请求可处理就自行销毁。

创建线程时会优先创建 CorePoolSiz 线程，当继续增加线程时，先放入Queue中，当 CorePoolSiz 和 Queue 都满的时候，就增加创建新线程，当线程达到MaxPoolSize的时候，就会抛出错误 org.springframework.core.task.TaskRejectedException。

在ThreadPoolExecutor类中有几个非常重要的方法：

execute()、submit()、shutdown()、shutdownNow()

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。
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。
shutdown()和shutdownNow()是用来关闭线程池的。

3、深入剖析线程池实现原理

3.1 线程池状态

在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量，另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态：

volatile int runState; 

static final int RUNNING    = 0;
static final int SHUTDOWN   = 1;
static final int STOP       = 2;
static final int TERMINATED = 3;

runState表示当前线程池的状态，它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性；

下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。

当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；
如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；
如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；
当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。

3.2 线程池中的线程初始化

默认情况下，创建线程池之后，线程池中是没有线程的，需要提交任务之后才会创建线程。

在实际中如果需要线程池创建之后立即创建线程，可以通过以下两个方法办到：

prestartCoreThread()：初始化一个核心线程；
prestartAllCoreThreads()：初始化所有核心线程

3.3 任务缓存队列及排队策略

在前面我们多次提到了任务缓存队列，即workQueue，它用来存放等待执行的任务。

workQueue的类型为BlockingQueue<Runnable>，通常可以取下面三种类型：

ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；
LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列，如果创建时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX_VALUE；
synchronousQueue：这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。

3.4 任务拒绝策略

当线程池的任务缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略，通常有以下四种策略：

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

3.5 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

3.6 线程池容量的动态调整

ThreadPoolExecutor提供了动态调整线程池容量大小的方法：setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()，

setCorePoolSize：设置核心池大小
setMaximumPoolSize：设置线程池最大能创建的线程数目大小

4、四种线程池

Java通过Executors提供四种线程池，分别为：

newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
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。可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
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。

5、例子

线程数是5，执行10个任务，执行完毕之后关闭线程池

//使用isTerminated判断线程是否执行完成
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for(int i=0;i<10;i++){
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println("线程名称"+Thread.currentThread().getName());
                        Thread.sleep(1000*3);
                        System.out.println("线程名称"+Thread.currentThread().getName()+"结束");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
        System.out.println("开始关闭线程池，不再接受新任务");
        executorService.shutdown();
        System.out.println("===========");
　　　　　//等待所有线程执行完成
        while (!executorService.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("线程池关闭完成");
    }
}
}

//使用CountDownLatch判断线程是否执行完成
    public class Test {
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
            final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);
            for(int i=0;i<10;i++){
                executorService.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        try {
                            System.out.println("线程名称"+Thread.currentThread().getName());
                            Thread.sleep(1000*3);
                            System.out.println("线程名称"+Thread.currentThread().getName()+"结束");
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }finally {
                            //计数器减一
                            countDownLatch.countDown();
                        }
                    }
                });
            }
     
            try {
                //等待所有线程执行结束
                countDownLatch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("开始关闭线程池");
            executorService.shutdown();
            System.out.println("线程池关闭完成");
        }
    }
    }

//使用Future  得到线程任务返回结果
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
        List<Future<String>> futures = new ArrayList<Future<String>>();
        for(int i=0;i<10;i++){
            //使用future接受处理结果
            Future<String> future = executorService.submit(new Callable<String>() {
                @Override
                public String call() throws Exception {
                    System.out.println("线程名称"+Thread.currentThread().getName());
                    return Thread.currentThread().getName();
                }
            });
            futures.add(future);
        }
        try {
            for(Future<String> future : futures){
               //get方法会阻塞当前线程，直到任务执行完成返回结果
                System.out.println("返回结果====="+future.get());
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //开始关闭线程池
        executorService.shutdown();
        System.out.println("线程池关闭完成");
    }
}
}

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