Java线程池总结

2022-07-30 20:11:14

1. 关于ThreadPoolExecutor

为了更好地控制多线程，JDK提供了一套Executor框架，帮助开发人员有效的进行线程控制，其本质就是一个线程池。其中ThreadPoolExecutor是线程池中最核心的一个类，后面提到的四种线程池都是基于ThreadPoolExecutor实现的。

ThreadPoolExecutor提供了四个构造方法，我们看下最重要的一个构造函数：

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler);
}

函数的参数含义如下：

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：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

线程池执行的过程：

线程池刚创建时，里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过，就算队列里面有任务，线程池也不会马上执行它们。
当调用 execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：
a. 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；
b. 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。
c. 如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么还是要创建线程运行这个任务；
d. 如果队列满了，而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常，告诉调用者“我不能再接受任务了”。
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，线程池会判断，如果当前运行的线程数大于corePoolSize，那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。

ThreadPoolExecutor中的队列：

ThreadPoolExecutor内部应用了任务缓存队列，即workQueue，它用来存放等待执行的任务。

workQueue的类型为BlockingQueue，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。

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

扩展线程池（记录任务执行日志）：

在默认的ThreadPoolExecutor实现中，提供了空的beforeExecutor和afterExecutor的实现，在实际应用中可以对其进行扩展来实现对线程池运行状态的追踪，输出一些有用的调试信息，以帮助系统故障诊断，这对于多线程程序错误排查是很有帮助的。

ThreadPoolExecutor例子：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

public class ThreadPool {
    private int corePoolSize = 1; // 线程池维护线程的最少数量
    private int maximumPoolSize = 10;// 线程池维护线程的最大数量
    private long keepAliveTime = 3; // 线程池维护线程所允许的空闲时间
    private TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;// 线程池维护线程所允许的空闲时间的单位
    private BlockingQueue<Runnable> workQueue; // 线程池所使用的缓冲队列
    private RejectedExecutionHandler handler; // 线程池对拒绝任务的处理策略
    private static AtomicLong along = new AtomicLong(0);

    public void run() throws InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize,
                maximumPoolSize, keepAliveTime, unit,
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()) {

            // 线程执行之前运行
            @Override
            protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
                System.out.println("...............beforeExecute");
            }

            // 线程执行之后运行
            @Override
            protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
                System.out.println("...............afterExecute");
            }

            // 整个线程池停止之后
            protected void terminated() {
                System.out.println("...............thread stop");
            }
        };
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            pool.execute(new ThreadPoolTask(i, along));
        }
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            pool.execute(new ThreadPoolTask(-i, along));
        }
        pool.shutdown();
        Thread.sleep(25000);
        System.out.println(along.get());

    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            new ThreadPool().run();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

class ThreadPoolTask implements Runnable {
    private int i = 0;
    private AtomicLong along;

    ThreadPoolTask(int i, AtomicLong along) {
        this.i = i;
        this.along = along;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        try {
            // 模拟业务逻辑
            Thread.sleep(1000);
            along.addAndGet(i);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  " + i);
    }
}

View Code

2. 关于Executors提供的四种线程池

Executors 提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了 ExecutorService 接口。

// 创建固定数目线程的线程池。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

// 创建一个可缓存的线程池，调用execute将重用以前构造的线程（如果线程可用）。
// 如果现有线程没有可用的，则创建一个新线 程并添加到池中。
// 终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。
public static ExecutorService newCachedThreadPool()

// 创建一个单线程化的Executor。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()

// 创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

这四种方法都是用的 Executors 中的 ThreadFactory 建立的线程。

newCachedThreadPool()

缓存型池子，先查看池中有没有以前建立的线程，如果有，就 reuse 如果没有，就建一个新的线程加入池中
缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务因此在一些面向连接的 daemon 型 SERVER 中用得不多。但对于生存期短的异步任务，它是 Executor 的首选。
能 reuse 的线程，必须是 timeout IDLE 内的池中线程，缺省 timeout 是 60s,超过这个 IDLE 时长，线程实例将被终止及移出池。

newFixedThreadPool(int)

newFixedThreadPool 与 cacheThreadPool 差不多，也是能 reuse 就用，但不能随时建新的线程。
其独特之处:任意时间点，最多只能有固定数目的活动线程存在，此时如果有新的线程要建立，只能放在另外的队列中等待，直到当前的线程中某个线程终止直接被移出池子。
和 cacheThreadPool 不同，FixedThreadPool 没有 IDLE 机制（可能也有，但既然文档没提，肯定非常长，类似依赖上层的 TCP 或 UDP IDLE 机制之类的），所以 FixedThreadPool 多数针对一些很稳定很固定的正规并发线程，多用于服务器。
从方法的源代码看，cache池和fixed 池调用的是同一个底层池，只不过参数不同:
- fixed 池线程数固定，并且是0秒IDLE（无IDLE）。
- cache 池线程数支持 0-Integer.MAX_VALUE(显然完全没考虑主机的资源承受能力），60 秒 IDLE 。

newScheduledThreadPool(int)

调度型线程池
这个池子里的线程可以按 schedule 依次 delay 执行，或周期执行

SingleThreadExecutor()

单例线程，任意时间池中只能有一个线程
用的是和 cache 池和 fixed 池相同的底层池，但线程数目是 1-1,0 秒 IDLE（无 IDLE）

码农公寓

1. 关于ThreadPoolExecutor

2. 关于Executors提供的四种线程池

相关文章