Java中的线程池

最新推荐文章于 2024-11-23 15:05:14 发布

岸远水声微

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分类专栏： java 并发编程文章标签：线程池 threadPoolExecutor

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Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。合理使用线程池的好处：

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所处造成的消耗。
提高响应速度： 当任务到达时，任务可以不需要等待线程的创建就能立即执行。
提高线程的可管理性： 使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。

线程池的处理流程

线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入下一个流程。
线程池判断工作队列是否已满。如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。
线程池判断线程池中的线程是否都处于工作状态。如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给拒绝策略来处理这个任务。

线程池的状态

线程池的五种状态
RUNNING

状态说明：线程池处在RUNNING状态时，能够接收新任务，以及对已添加的任务进行处理。
状态切换：线程池的初始化状态是RUNNING。换句话说，线程池被一旦被创建，就处于RUNNING状态，并且线程池中的任务数为0。

SHUTDOWN

状态说明：线程池处在SHUTDOWN状态时，不接收新任务，但能处理已添加的任务。
状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

STOP

状态说明：线程池处在STOP状态时，不接收新任务，不处理已添加的任务，并且会中断正在处理的任务。
状态切换：调用线程池的shutdownNow()接口时，线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。

TIDYING

状态说明：当所有的任务已终止，任务数量为0，线程池会变为TIDYING状态。当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的，若用户想在线程池变为TIDYING时，进行相应的处理；可以通过重载terminated()函数来实现。
状态切换：当线程池在SHUTDOWN状态下，阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空时，就会由 SHUTDOWN -> TIDYING。当线程池在STOP状态下，线程池中执行的任务为空时，就会由STOP -> TIDYING。

TERMINATED

状态说明：线程池彻底终止，就变成TERMINATED状态。
状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED。

线程池的使用

ThreadPoolExecutor是线程池的实现类，我们一般通过它来创建一个线程池，ThreadPoolExecutor执行示意图如下：

1.如果当前运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务。（这一步需要获取全局锁）
2.如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue。
3.如果BlockingQueue队列已满，则创建新的线程来处理任务。（这一步需要获取全局锁）
4.如果创建的新线程将使当前运行的线程总数超出maximumPoolSize，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。

ThreadPoolExecutor采取上述步骤的总体设计思路，是为了在执行executor()方法时，尽可能地避免获取全局锁。

初始化线程池

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

参数简介：

corePool： 核心线程池大小，当提交一个任务到线程池时，线程池则会创建一个线程来执行任务，直到需要执行的任务数大于线程池的基本大小时就不在创建。如果调用了线程池的prestartCoreThread()方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。
maximumPool： 线程池允许创建的最大的线程数。需要注意：对于无界队列来说，这个参数没有意义。
keepAliveTime： 线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。（为了回收超过corePool大小的空闲线程）
unit： 线程活动保持的时间单位
blockingQueue： 用来保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下队列：
- ArrayBlockingQueue：一个数据结构的有界阻塞队列，按FIFO排序元素。
- LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序元素，吞吐量通常高于ArrayBlockingQueue。
- SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态。吞吐量通常高于LinkedBlockingQueue。
- PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无界阻塞队列。
threadFactory： 用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。
RejectedExecutionHandler： 当队列和线程池都满了后，线程池采取的拒绝策略。默认策略是AbortPolicy.
- AbortPolicy：直接抛出异常。
- CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
- DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

提交任务

可以使用两个方法向线程池提交任务，分别为execute()和submit()方法。

execute()方法用于提交不需要返回值的任务。
submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个future类型的对象，通过future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成。get(long timeout, TimeUnit unit)方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。

关闭线程池

通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法相应中断的任务可能永远无法终止。不同的地方是：shutdownNow首先将线程池的状态设为STOP，然后尝试停止所有正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表，而shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。

只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后，表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回 true。

最佳实践

线程池配置建议

CPU密集型任务：应配置尽可能小的线程池，如Ncpu+1。
IO密集型任务：应配置尽可能多的线程，如2*Ncpu。
混合型任务：如果可以拆分，将其拆分成一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务，只要这两个任务执行的时间相差不是太大，分解后执行的吞吐量将高于串行执行的吞吐量。
有优先级的任务：可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。它可以让优先级高的任务限制性。
依赖型任务：比如依赖数据库连接池的任务，因为线程提交SQL后需要等待数据库返回，等待的时间越长，则CPU空闲时间就越长，可那么线程数应该设置的越大，以更后的利用CPU。

另外，建议使用有界队列，有界队列可以增加系统的稳定性。