[07]从零开始的JAVAEE-线程池

 目录

一、什么是线程池

为什么从线程池拿线程比创建线程更为高效？

内核态

用户态

二、线程池的使用

线程池的构造方法

代码模拟实现线程池

分析

实现

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一、什么是线程池

线程的创建，虽然相比于进程更为轻量，但在频繁创建的情况下，开销也是不可忽略的，为了提高效率，可以引入线程池，提前将线程创建好，放入池子中，后续需要用到线程时，直接从线程池中申请，用完以后还回去即可，这样就免去了一直创建销毁线程，提高了效率

为什么从线程池拿线程比创建线程更为高效？

为了理解这个问题，我们需要理解操作系统中的两个基本概念：用户态和内核态

一个操作系统 = 内核 + 配套的应用程序

内核：操作系统最核心的功能模块集合，例如硬件管理、各种驱动、进程管理......且内核需要给上层应用程序提供支持，例如打印一个hello，应用程序就需要调用内核，然后内核在通过操作系统调用显示器完成打印

应用程序在同一时刻会有许多，但内核只有一个，内核同时给多个应用程序提供服务，有时就会导致服务不那么及时

以一个银行取钱的例子做演示

 在这个例子中，柜台的服务员就相当于一个内核，来取钱的人就相当于应用程序

内核态

内核态就是服务员的操作，它的时间不可控，因为服务员也有可能在给你取钱的过程中上个厕所什么的

用户态

时间可控，用户可以自行决定时间

系统创建线程，就是一个内核态的操作，系统从线程池中拿线程，就是用户态的操作，这就是为什么线程池比创建线程更高效的原因

二、线程池的使用

标准库中提供了线程的线程池

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);//创建一个有10个线程的线程池

//添加任务到线程池中
pool.submit(new Runnable(){
        @Override
        public void run(){
            System.out.println("hello");
        }
    });

这里需要注意的是，此处线程池的创建并非直接new的对象，而是通过Executors类里面的静态方法完成的对象构造，这是典型的工厂模式，工厂模式会在后面详细介绍。

 Executors.newFixedThreadPool(10)这个类实际上是对ThreadPoolExecutor这个类进行进一步封装实现的，ThreadPoolExecutor是原装的线程池

线程池的构造方法

线程池的构造方法有很多，查阅官方文档可以查到这些

这里主要介绍最后一条构造方法

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

•  int corePoolSize：核心线程数
• int maximumPoolSize：最大线程数

如果把线程池比作公司，核心线程数就是其中的正式员工，最大线程数就是正式员工+实习生。我们知道，正式员工需要与公司签订劳动合同，不能随便辞退，而实习生不签订，可以随便辞退，万恶的资本家就是这样剥削我们的，当公司里比较忙时，正式员工+实习生一起上，当比较清闲时，就把实习生给辞了

• long keepAliveTime：存活时间
• TimeUnit unit：存活时间单位

当公司内较为清闲时，公司也无法预知在接下来的时间里会不会突然忙起来，所以不会立马把实习生都辞退了，它们会先让实习生待一段时间，如果一段时间过后，公司仍然清闲，说明接下来的一段时间内大概率是不会忙了，这段时间过后再把实习生给裁掉，这里等待的一段时间就是存活时间，存活时间单位是毫秒、秒、分钟这些单位

• BlockingQueue<Runnable> workQueue：阻塞队列

线程池中要管理很多任务，所以我们可以手动给线程池添加一个阻塞队列，来方便控制、获取队列中的信息，submit方法就是把任务放到队列中

• ThreadFactory threadFactory：线程工厂

工厂模式，就是创建线程的辅助类，无需做过多了解，知道即可

• RejectedExecutionHandler handler：拒绝策略

当线程池中池子满了，再往其中添加任务，应该如何拒绝，下图是标准库中的四种拒绝策略 

• 如果满了，继续添加任务，直接抛出异常：例如你今天已经安排满了，你的上司还给你安排了任务，此时你绷不住了，哇的一声哭了出来
• 谁添加，谁负责：你的上司给你安排任务之后，你回怼：我才不去，你自己安排的你自己去吧
• 丢弃最老的任务：丢弃最后执行的安排，把上司安排的任务添加进去（阻塞队列的队首元素）
• 丢弃最新任务：丢弃最先执行的安排，就是不管上司给你安排了什么，统统丢弃，还是该干嘛干嘛。

JAVA标准库创建线程池的四种方式

在java标准库中自带了四种创建线程池的方法

• newFixedThreadPool(int n)：创建一个固定大小的线程池，线程数量为 n 个，所有任务都会放入队列中等待执行。

   ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);//创建十个线程的线程池

• newCachedThreadPool()：创建一个可缓存的线程池，线程数量不定，根据需要动态创建线程，线程空闲超过 60 秒将被终止并回收。

ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();//创建缓存线程池，线程数量不固定，动态开辟

• newSingleThreadExecutor()：创建一个单一线程池，线程数量为 1。所有任务都会交给该线程依次执行。

  ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();//创建一个只有一个线程的线程池

• newScheduledThreadPool(int n)：创建一个定长线程池，线程数量为 n 个，可以按照指定的延迟时间或者固定间隔周期执行任务，功能强大。

 ExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(2);//定长线程池，可以按照指定延迟时间执行任务

代码模拟实现线程池

分析

一个简易完整的线程池，具有以下的属性

• 阻塞队列：用于存放任务
• submit方法，用于添加任务
• 创建固定数量的线程池：用于创建线程

线程池中线程的数量并不是越多越好，在实际开发中，需要参考cpu的核心数量，假设cpu核心数是N，一般设置成N、N+1、2N、1.5N。等等，需要实际测试才能得出具体结论

实现

class MyThreadPool {
    private BlockingDeque<Runnable> queue = new LinkedBlockingDeque<>();//阻塞队列，存放任务

    /**
     * 用于添加任务到阻塞队列的方法
     * @param task：任务
     * @throws InterruptedException
     */
    public void submit(Runnable task) throws InterruptedException {
        queue.put(task);
    }

    /**
     * 构造方法，参数为int，表示创建多少个工作线程
     * @param n：线程的数量
     */
    public MyThreadPool(int n){
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(()->{
                try {
                    //一直取任务 使用while循环，当队列中没有任务时不会创建新的线程，所以线程不是恒定不变的，n只是一个上限
                    while (true){
                        Runnable runnable = queue.take();//取出任务
                        runnable.run();//运行
                    }

                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            t.start();//创建完就运行
        }
    }

}