Java 线程池 ThreadPoolExecutor 的使用

2023-08-28 10:47:16

引言

JAVA 语言为我们提供了两种基础线程池的选择：

ThreadPoolExecutor
ScheduledThreadPoolExecutor

它们都实现了 ExecutorService 接口

注意，ExecutorService接口本身和“线程池”并没有直接关系，它的定义更接近“执行器”，而“使用线程管理的方式进行实现”只是其中的一种实现方式。

这里重点来看 ThreadPoolExecutor 类的使用，至于 ScheduledThreadPoolExecutor 类无非就是在 ThreadPoolExecutor 类基础上增加了定时调度功能。

ThreadPoolExecutor

构造器

ThreadPoolExecutor提供了四个构造方法：

我们以最后一个构造方法（参数最多的那个），对其参数进行解释：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

知道了各个参数的作用后，我们开始构造符合我们期待的线程池。

自定义线程池

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, IOException {
        int corePoolSize = 2;
        int maximumPoolSize = 4;
        long keepAliveTime = 10;
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(2);
        ThreadFactory threadFactory = new NameTreadFactory();
        RejectedExecutionHandler handler = new MyIgnorePolicy();

        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit,
                workQueue, threadFactory, handler);

        executor.prestartAllCoreThreads(); // 预启动所有核心线程
        
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            MyTask task = new MyTask(String.valueOf(i));
            executor.execute(task);
        }

        System.in.read(); //阻塞主线程
    }

    static class NameTreadFactory implements ThreadFactory {

        private final AtomicInteger mThreadNum = new AtomicInteger(1);

        @Override
        public Thread newThread(Runnable r) {
            Thread t = new Thread(r, "my-thread-" + mThreadNum.getAndIncrement());
            System.out.println(t.getName() + " has been created");
            return t;
        }
    }

    public static class MyIgnorePolicy implements RejectedExecutionHandler {

        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            doLog(r, e);
        }

        private void doLog(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            // 可做日志记录等
            System.err.println( r.toString() + " rejected");
//          System.out.println("completedTaskCount: " + e.getCompletedTaskCount());
        }
    }

    static class MyTask implements Runnable {
        private String name;

        public MyTask(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(this.toString() + " is running!");
                Thread.sleep(3000); //让任务执行慢点
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "MyTask [name=" + name + "]";
        }
    }
}

在上面的代码中，我们创建线程池的时候使用了ThreadPoolExecutor 中最复杂的一个构造器

ThreadPoolExecutor 逻辑结构

一定要注意一个概念，即存在于线程池容器中的一定是 Thread 线程对象，而不是您要求运行的任务（所以叫线程池而不叫任务池也不叫对象池，更不叫游泳池）；您要求运行的任务将被线程池分配给某一个空闲的 Thread 线程对象运行。

从上图中，我们可以看到构成线程池的几个重要元素：

等待队列：顾名思义，就是您调用线程池对象的submit()方法或者execute()方法，要求线程池运行的任务（这些任务必须实现Runnable接口或者Callable接口）。但是出于某些原因线程池并没有马上运行这些任务，而是送入一个队列等待执行（这些原因后文马上讲解）。
核心线程：线程池主要用于执行任务的是“核心线程”，“核心线程”的数量是您创建线程时所设置的corePoolSize参数决定的。如果不进行特别的设定，线程池中始终会保持corePoolSize数量的线程数（不包括创建阶段）。
非核心线程：一旦任务数量过多（由等待队列的特性决定），线程池将创建“非核心线程”临时帮助运行任务。您设置的大于corePoolSize参数小于maximumPoolSize参数的部分，就是线程池可以临时创建的“非核心线程”的最大数量。这种情况下如果某个线程没有运行任何任务，在等待keepAliveTime时间后，这个线程将会被销毁，直到线程池的线程数量重新达到corePoolSize。并不是所谓的“非核心线程”才会被回收；而是谁的空闲时间达到keepAliveTime这个阀值，就会被回收。直到线程池中线程数量等于corePoolSize为止。
maximumPoolSize 参数也是当前线程池允许创建的最大线程数量。那么如果您设置的corePoolSize参数和您设置的maximumPoolSize参数一致时，线程池在任何情况下都不会回收空闲线程。keepAliveTime和timeUnit也就失去了意义。
keepAliveTime参数和timeUnit参数也是配合使用的。keepAliveTime参数指明等待时间的量化值，timeUnit指明量化值单位。例如keepAliveTime=1，timeUnit为TimeUnit.MINUTES，代表空闲线程的回收阀值为1分钟。

ThreadPoolExecutor 工作流程

首先您可以通过线程池提供的submit()方法或者execute()方法，要求线程池执行某个任务。线程池收到这个要求执行的任务后，会有几种处理情况：

1.1、如果当前线程池中运行的线程数量还没有达到corePoolSize大小时，线程池会创建一个新的线程运行您的任务，无论之前已经创建的线程是否处于空闲状态。

1.2、如果当前线程池中运行的线程数量已经达到设置的corePoolSize大小，线程池会把您的这个任务加入到等待队列中。直到某一个的线程空闲了，线程池会根据您设置的等待队列规则，从队列中取出一个新的任务执行。

1.3、如果根据队列规则，这个任务无法加入等待队列。这时线程池就会创建一个“非核心线程”直接运行这个任务。注意，如果这种情况下任务执行成功，那么当前线程池中的线程数量一定大于corePoolSize。

1.4、如果这个任务，无法被“核心线程”直接执行，又无法加入等待队列，又无法创建“非核心线程”直接执行，且您没有为线程池设置RejectedExecutionHandler。这时线程池会抛出RejectedExecutionException异常，即线程池拒绝接受这个任务。（实际上抛出RejectedExecutionException异常的操作，是ThreadPoolExecutor线程池中一个默认的RejectedExecutionHandler实现：AbortPolicy，这在后文会提到）

一旦线程池中某个线程完成了任务的执行，它就会试图到任务等待队列中拿去下一个等待任务（所有的等待任务都实现了BlockingQueue接口，按照接口字面上的理解，这是一个可阻塞的队列接口），它会调用等待队列的poll()方法，并停留在哪里。

当线程池中的线程超过您设置的corePoolSize参数，说明当前线程池中有所谓的“非核心线程”。那么当某个线程处理完任务后，如果等待keepAliveTime时间后仍然没有新的任务分配给它，那么这个线程将会被回收。线程池回收线程时，对所谓的“核心线程”和“非核心线程”是一视同仁的，直到线程池中线程的数量等于您设置的corePoolSize参数时，回收过程才会停止。

不常用的设置

在 ThreadPoolExecutor 线程池中，有一些不常用的设置。我建议如果您在应用场景中没有特殊的要求，就不需要使用这些设置

allowCoreThreadTimeOut

前文我们讨论到，线程池回收线程只会发生在当前线程池中线程数量大于 corePoolSize 参数的时候；当线程池中线程数量小于等于 corePoolSize 参数的时候，回收过程就会停止。

allowCoreThreadTimeOut 设置项可以要求线程池：将包括“核心线程”在内的，没有任务分配的任何线程，在等待keepAliveTime时间后全部进行回收：

ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 1, TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(1));
poolExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true);

prestartAllCoreThreads

前文我们还讨论到，当线程池中的线程还没有达到您设置的corePoolSize参数值的时候，如果有新的任务到来，线程池将创建新的线程运行这个任务，无论之前已经创建的线程是否处于空闲状态。

prestartAllCoreThreads设置项，可以在线程池创建，但还没有接收到任何任务的情况下，先行创建符合 corePoolSize 参数值的线程数：

ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 1, TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(1));
poolExecutor.prestartAllCoreThreads();

总结

如果 Java 内置的四种线程池 newCachedThreadPool、newFixedThreadPool、newScheduledThreadPool、newSingleThreadExecutor 仍然无法满足实际场景需要时，则需要通过自定义线程池，让线程池更好的满足我们的需求。

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