java线程池——逐步分析

最新推荐文章于 2023-05-04 10:28:55 发布

Formor_

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分类专栏： java 文章标签： java 线程池

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本文深入解析线程池的工作原理，包括线程池的创建、配置参数、工作流程及四种常见类型。同时，探讨了线程池在不同场景下的应用，以及如何选择合适的线程池类型。

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什么是线程池

很简单，简单看名字就知道是装有线程的池子，我们可以把要执行的多线程交给线程池来处理，和连接池的概念一样，通过维护一定数量的线程池来达到多个线程的复用。在这里插入图片描述

线程池的优点

.我们知道不用线程池的话，每个线程都要通过new Thread(xxRunnable).start()的方式来创建并运行一个线程，线程少的话这不会是问题，而真实环境可能会开启多个线程让系统和程序达到最佳效率，当线程数达到一定数量就会耗尽系统的CPU和内存资源，也会造成GC频繁收集和停顿，因为每次创建和销毁一个线程都是要消耗系统资源的，如果为每个任务都创建线程这无疑是一个很大的性能瓶颈。所以，线程池中的线程复用极大节省了系统资源，当线程一段时间不再有任务处理时它也会自动销毁，而不会长驻内存。

总体来说，线程池的优势如下：

（1）降低资源消耗：通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
（2）提高响应速度：当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
（3）提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

线程池的使用

在java.util.concurrent包中我们能找到线程池的定义，其中ThreadPoolExecutor是我们线程池核心类，首先看看线程池类的主要参数有哪些。

ublic ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         threadFactory, defaultHandler);
}

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

corePoolSize（必需）：核心线程数。默认情况下，核心线程会一直存活，但是当将allowCoreThreadTimeout设置为true时，核心线程也会超时回收。

maximumPoolSize（必需）：线程池所能容纳的最大线程数。当活跃线程数达到该数值后，后续的新任务将会阻塞。

keepAliveTime（必需）：线程闲置超时时长。如果超过该时长，非核心线程就会被回收。如果将allowCoreThreadTimeout设置为true时，核心线程也会超时回收。

unit（必需）：指定keepAliveTime参数的时间单位。常用的有：TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MINUTES（分）。

workQueue（必需）：任务队列。通过线程池的execute()方法提交的Runnable对象将存储在该参数中。其采用阻塞队列实现。

threadFactory（可选）：线程工厂。用于指定为线程池创建新线程的方式。

handler（可选）：拒绝策略。当达到最大线程数时需要执行的饱和策略。

线程工作流程

1、如果线程池中的线程小于corePoolSize时就会创建新线程直接执行任务。
2、如果线程池中的线程大于corePoolSize时就会暂时把任务存储到工作队列workQueue中等待执行。
3、如果工作队列workQueue也满时：当线程数小于最大线程池数maximumPoolSize时就会创建新线程来处理，而线程数大于等于最大线程池数maximumPoolSize时就会执行拒绝策略。

// 创建线程池 Executor threadPool = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE,
MAXIMUM_POOL_SIZE,
KEEP_ALIVE,
TimeUnit.SECONDS,
sPoolWorkQueue,
sThreadFactory);
// 向线程池提交任务 threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
… // 线程执行的任务
}
});
// 关闭线程池
threadPool.shutdown(); // 设置线程池的状态为SHUTDOWN，然后中断所有没有正在执行任务的线程
threadPool.shutdownNow(); //设置线程池的状态为 STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表

线程池工作原理

其工作原理流程图如下：
在这里插入图片描述

线程池的分类

Executors是jdk里面提供的创建线程池的工厂类，它默认提供了4种常用的线程池应用，而不必我们去重复构造。

定长线程池（FixedThreadPool）
定时线程池（ScheduledThreadPool ）
可缓存线程池（CachedThreadPool）
单线程化线程池（SingleThreadExecutor）

FixedThreadPool
在这里插入图片描述
特点：只有核心线程，线程数量固定，执行完立即回收，任务队列为链表结构的有界队列。
应用场景：控制线程最大并发数。

CachedThreadPool
在这里插入图片描述
特点：无核心线程，非核心线程数量无限，执行完闲置60s后回收，任务队列为不存储元素的阻塞队列。
应用场景：执行大量、耗时少的任务。

SingleThreadExecutor
在这里插入图片描述
特点：只有1个核心线程，无非核心线程，执行完立即回收，任务队列为链表结构的有界队列。
应用场景：不适合并发但可能引起IO阻塞性及影响UI线程响应的操作，如数据库操作、文件操作等。

ScheduledThreadPool
在这里插入图片描述
特点：核心线程数量固定，非核心线程数量无限，执行完闲置10ms后回收，任务队列为延时阻塞队列。
应用场景：执行定时或周期性的任务。

四种对比
在这里插入图片描述

拒绝策略

AbortPolicy：简单粗暴，直接抛出拒绝异常，这也是默认的拒绝策略。
CallerRunsPolicy：如果线程池未关闭，则会在调用者线程中直接执行新任务，这会导致主线程提交线程性能变慢。
DiscardPolicy：从方法看没做任务操作，即表示不处理新任务，即丢弃。
DiscardOldestPolicy：抛弃最老的任务，就是从队列取出最老的任务然后放入新的任务进行执行。

如何提交和关闭线程

提交
如可以先随便定义一个固定大小的线程池
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(3);

提交一个线程
es.submit(xxRunnble);
es.execute(xxRunnble);

submit和execute分别有什么区别呢？
execute没有返回值，如果不需要知道线程的结果就使用execute方法，性能会好很多。
submit返回一个Future对象，如果想知道线程结果就使用submit提交，而且它能在主线程中通过Future的get方法捕获线程中的异常。

关闭
es.shutdown();
不再接受新的任务，之前提交的任务等执行结束再关闭线程池。

es.shutdownNow();
不再接受新的任务，试图停止池中的任务再关闭线程池，返回所有未处理的线程list列表。

总结

其实Executors的4个功能线程有如下弊端：

FixedThreadPool和SingleThreadExecutor：主要问题是堆积的请求处理队列均采用LinkedBlockingQueue，可能会耗费非常大的内存，甚至OOM。
CachedThreadPool和ScheduledThreadPool：主要问题是线程数最大数是Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程，甚至OOM。

建议大家直接用ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。