线程池java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor总结

于 2014-06-27 10:46:00 发布
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文章标签： java 操作系统
本文详细介绍了Java线程池的工作原理、线程池的各种类型及其应用场景。解释了固定线程池、可变线程池及延迟线程池的创建方法，并深入探讨了线程池的配置参数对系统性能的影响。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

http://uule.iteye.com/blog/1123185

线程池还具有提高系统性能的优点，因为创建线程和清除线程的开销比较大。

有两种不同类型的线程池：一是固定线程数量的线程池；二是可变数量的线程池。

对于固定数量的线程池，可以使用Executors的静态方法 newFixedThreadPool 来创建 ExecutorService；或者利用 newSingleThreadPool来创建。

而 ExecutorService 实现了 Executor 接口，这个接口中有一个方法：Execute(Runnable command)，也就是执行线程。

对于固定数量的线程池而言，如果需要执行的线程数量多于构造的数量，那么只能并发构造时的数量，剩下的线程就进入线程池的等待队列。

如果不需要使用该线程池了，则使用 ExecutorService 中的 shutDown 方法，此时，该线程池就不会接受执行新的线程任务了。

对于可变数量的线程池，可用Executors的静态方法 newCachedThreadPool 来创建 ExecutorService，该线程池的大小是不定的，当执行任务时，会先选取缓存中的空闲线程来执行，如果没有空闲线程，则创建一个新的线程，而如果空闲线程的空闲状态超过60秒，则线程池删除该线程。

还有一种线程池：延迟线程池

该线程池的创建有两个方法： Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize);

Executors.newSingleScheduledExecutor();

创建之后，会获得一个 ScheduledExecutorService。

该对象的一个重要的方法就是： schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)

该方法返回了一个 ScheduledFuture。

JDK1.5中加入了许多对并发特性的支持，例如：线程池。


一、简介
线程池类为 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，常用构造方法为：

Java代码 收藏代码
  1. ThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime,TimeUnitunit,BlockingQueue<Runnable>workQueue,RejectedExecutionHandlerhandler)

corePoolSize： 线程池维护线程的最少数量 （core : 核心）
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

一个任务通过 execute(Runnable)方法被添加到线程池，任务就是一个 Runnable类型的对象，任务的执行方法就是 Runnable类型对象的run()方法。

当一个任务通过execute(Runnable)方法欲添加到线程池时：

如果线程池中运行的线程小于corePoolSize，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要创建新的线程来处理被添加的任务。

如果线程池中运行的线程大于等于corePoolSize，但是缓冲队列 workQueue未满，那么任务被放入缓冲队列。

如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满(即无法将请求加入队列)，并且线程池中的数量小于maximumPoolSize，建新的线程来处理被添加的任务。

如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量等于maximumPoolSize，那么通过handler所指定的策略来处理此任务。
当线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止。这样，线程池可以动态的调整池中的线程数。


也就是：处理任务的优先级为：
corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize，如果三者都满了，使用handler处理被拒绝的任务。

Java代码 收藏代码
  1. unit可选的参数为java.util.concurrent.TimeUnit中的几个静态属性：
  2. NANOSECONDS、MICROSECONDS、MILLISECONDS、SECONDS。
  4. workQueue常用的是：
  5. java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue
  7. handler有四个选择：
  8. ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
  9. //抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException异常
  10. ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
  11. //重试添加当前的任务，他会自动重复调用execute()方法
  12. ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
  13. //抛弃旧的任务
  14. ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()
  15. //抛弃当前的任务

一个例子：

Java代码 收藏代码
  1. packagetest;
  2. importjava.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
  3. importjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
  4. importjava.util.concurrent.TimeUnit;
  6. publicclassTestThreadPool{
  8. privatestaticintproduceTaskSleepTime=2;
  9. privatestaticintproduceTaskMaxNumber=10;
  11. /**
  12. *线程池执行的任务
  13. */
  14. publicstaticclassThreadPoolTaskimplementsRunnable{
  15. //保存任务所需要的数据
  16. privateObjectthreadPoolTaskData;
  18. ThreadPoolTask(Objecttasks){
  19. this.threadPoolTaskData=tasks;
  20. }
  22. publicvoidrun(){
  23. //处理一个任务，这里的处理方式太简单了，仅仅是一个打印语句
  24. System.out.println("start.."+threadPoolTaskData);
  25. try{
  26. //便于观察，等待一段时间
  27. Thread.sleep(2000);
  28. }catch(Exceptione){
  29. e.printStackTrace();
  30. }
  31. threadPoolTaskData=null;
  32. }
  34. publicObjectgetTask(){
  35. returnthis.threadPoolTaskData;
  36. }
  37. }
  39. publicstaticvoidmain(String[]args){
  40. //构造一个线程池
  41. ThreadPoolExecutorthreadPool=newThreadPoolExecutor(2,4,3,
  42. TimeUnit.SECONDS,newArrayBlockingQueue<Runnable>(3),
  43. newThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());
  45. for(inti=1;i<=produceTaskMaxNumber;i++){
  46. try{
  47. //产生一个任务，并将其加入到线程池
  48. Stringtask="task@"+i;
  49. System.out.println("put"+task);
  51. threadPool.execute(newThreadPoolTask(task));
  53. //便于观察，等待一段时间
  54. Thread.sleep(produceTaskSleepTime);
  55. }catch(Exceptione){
  56. e.printStackTrace();
  57. }
  58. }
  59. }
  61. }

说明：
1、在这段程序中，一个任务就是一个Runnable类型的对象，也就是一个ThreadPoolTask类型的对象。

2、一般来说任务除了处理方式外，还需要处理的数据，处理的数据通过构造方法传给任务。

3、在这段程序中，main()方法相当于一个残忍的领导，他派发出许多任务，丢给一个叫 threadPool的任劳任怨的小组来做。

4、这个小组里面队员至少有两个，如果他们两个忙不过来，任务就被放到任务列表里面。

如果积压的任务过多，多到任务列表都装不下(超过3个)的时候，就雇佣新的队员来帮忙。但是基于成本的考虑，不能雇佣太多的队员，至多只能雇佣 4个。

5、如果四个队员都在忙时，再有新的任务，这个小组就处理不了了，任务就会被通过一种策略来处理，我们的处理方式是不停的派发，直到接受这个任务为止(更残忍！呵呵)。

因为队员工作是需要成本的，如果工作很闲，闲到 3 秒都没有新的任务了，那么有的队员就会被解雇了，但是，为了小组的正常运转，即使工作再闲，小组的队员也不能少于两个。


本例来源：http://blog.youkuaiyun.com/senton/article/details/3528720


Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。
线程池的类体系结构:
ExecutorService： 真正的线程池接口。
ScheduledExecutorService 能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。
ThreadPoolExecutor ExecutorService的默认实现。
ScheduledThreadPoolExecutor 继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。

Executors 工厂方法:

Java代码 收藏代码
  1. newSingleThreadExecutor：
  2. //单个后台线程(注意其缓冲队列是无界的，想想为什么)
  3. 创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。
  5. newFixedThreadPool：
  6. //固定大小线程池(其缓冲队列是无界的)
  7. 创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
  9. newCachedThreadPool：
  10. //无界线程池，可以进行自动线程回收
  11. 创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。
  13. newScheduledThreadPool：
  14. //创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

ThreadPoolExecutor是Executors类的底层实现：

ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) 固定大小线程池

Java代码 收藏代码
  1. publicstaticExecutorServicenewFixedThreadPool(intnThreads){
  2. returnnewThreadPoolExecutor(nThreads,nThreads,
  3. 0L,TimeUnit.MILLISECONDS,
  4. newLinkedBlockingQueue<Runnable>());
  5. }

corePoolSize和maximumPoolSize的大小是一样的（实际上，如果使用无界queue的话maximumPoolSize参数是没有意义的），BlockingQueue选择了LinkedBlockingQueue，该queue有一个特点，他是无界的。

一个例子：

Java代码 收藏代码
  1. publicclassThreadPool{
  3. privatestaticvoiddoSomething(intid){
  4. System.out.println("startdo"+id+"task…");
  5. try{
  6. Thread.sleep(1000*2);
  7. }catch(InterruptedExceptione){
  8. e.printStackTrace();
  9. }
  10. System.out.println("startdo"+id+"finished.");
  11. }
  13. publicstaticvoidmain(String[]args){
  14. ExecutorServiceexecutorService=Executors.newFixedThreadPool(2);
  15. //创建了一个线程池，里面有2个线程
  17. //通过submit()方法，提交一个Runnable的实例，这个实例将交由线程池中空闲的线程执行。
  18. executorService.submit(newRunnable(){
  19. publicvoidrun(){
  20. doSomething(1);
  21. }
  22. });
  24. executorService.execute(newRunnable(){
  25. publicvoidrun(){
  26. doSomething(2);
  27. }
  28. });
  30. executorService.shutdown();
  32. System.out.println(">>mainthreadend.");
  33. }
  34. }

ExecutorService newSingleThreadExecutor() 单线程

Java代码 收藏代码
  1. publicstaticExecutorServicenewSingleThreadExecutor(){
  2. returnnewFinalizableDelegatedExecutorService
  3. (newThreadPoolExecutor(1,1,
  4. 0L,TimeUnit.MILLISECONDS,
  5. newLinkedBlockingQueue<Runnable>()));
  6. }

最大和最小都为1

ExecutorService newCachedThreadPool() 无界线程池

Java代码 收藏代码
  1. publicstaticExecutorServicenewCachedThreadPool(){
  2. returnnewThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,
  3. 60L,TimeUnit.SECONDS,
  4. newSynchronousQueue<Runnable>());
  5. }

这个实现就有意思了。首先是无界的线程池，所以我们可以发现maximumPoolSize为big big。其次BlockingQueue的选择上使用SynchronousQueue




。可能对于该BlockingQueue有些陌生，简单说：该QUEUE中，每个插入操作必须等待另一个

线程的对应移除操作。比如，我先添加一个元素，接下来如果继续想尝试添加则会阻塞，直到另一个线程取走一个元素，反之亦然。（想到什么？就是缓冲区为1的生产者消费者模式^_^）

以下为重要分析：

到此如果有很多疑问，那是必然了（除非你也很了解了）

先从BlockingQueue<Runnable>workQueue这个入参开始说起。在JDK中，其实已经说得很清楚了，一共有三种类型的queue。以下为引用：（我会稍微修改一下，并用红色突出显示）

所有BlockingQueue都可用于传输和保持提交的任务。可以使用此队列与池大小进行交互：
  • 如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选添加新的线程，而不进行排队。（什么意思？如果当前运行的线程小于corePoolSize，则任务根本不会存放，添加到queue中，而是直接抄家伙（thread）开始运行）
  • 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。
  • 如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。
先不着急举例子，因为首先需要知道队列的三种类型。

排队有三种通用策略：
  1. 直接提交。工作队列的默认选项是SynchronousQueue，它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此，如果不存在可用于立即运行任务的线程，则试图把任务加入队列将失败，因此会构造一个新的线程。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性。
  2. 无界队列。使用无界队列（例如，不具有预定义容量的LinkedBlockingQueue）将导致在所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程就不会超过 corePoolSize。（因此，maximumPoolSize 的值也就无效了。）当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用无界队列；例如，在 Web 页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求，当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性。
  3. 有界队列。当使用有限的 maximumPoolSizes 时，有界队列（如ArrayBlockingQueue）有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。如果任务频繁阻塞（例如，如果它们是 I/O 边界），则系统可能为超过您许可的更多线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小，CPU 使用率较高，但是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量。

到这里，该了解的理论已经够多了，可以调节的就是corePoolSize和maximumPoolSizes 这对参数还有就是BlockingQueue的选择。

例子一：使用直接提交策略，也即SynchronousQueue。

首先SynchronousQueue是无界的，也就是说他存数任务的能力是没有限制的，但是由于该Queue本身的特性，在某次添加元素后必须等待其他线程取走后才能继续添加。在这里不是核心线程便是新创建的线程，但是我们试想一样下，下面的场景。

我们使用一下参数构造ThreadPoolExecutor：

Java代码 收藏代码
  1. newThreadPoolExecutor(
  2. 2,3,30,TimeUnit.SECONDS,
  3. new<spanstyle="white-space:normal;">SynchronousQueue</span><Runnable>(),
  4. newRecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
  5. newThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
Java代码 收藏代码
  1. newThreadPoolExecutor(
  2. 2,3,30,TimeUnit.SECONDS,
  3. new<spanstyle="white-space:normal;">SynchronousQueue</span>
  9. <Runnable>(),
  10. newRecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
  11. newThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

当核心线程已经有2个正在运行.

  1. 此时继续来了一个任务（A），根据前面介绍的“如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。”,所以A被添加到queue中。
  2. 又来了一个任务（B），且核心2个线程还没有忙完，OK，接下来首先尝试1中描述，但是由于使用的SynchronousQueue，所以一定无法加入进去。
  3. 此时便满足了上面提到的“如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。”，所以必然会新建一个线程来运行这个任务。
  4. 暂时还可以，但是如果这三个任务都还没完成，连续来了两个任务，第一个添加入queue中，后一个呢？queue中无法插入，而线程数达到了maximumPoolSize，所以只好执行异常策略了。
所以在使用SynchronousQueue通常要求maximumPoolSize是无界的，这样就可以避免上述情况发生（如果希望限制就直接使用有界队列）。对于使用SynchronousQueue的作用jdk中写的很清楚：此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。

什么意思？如果你的任务A1，A2有内部关联，A1需要先运行，那么先提交A1，再提交A2，当使用SynchronousQueue我们可以保证，A1必定先被执行，在A1么有被执行前，A2不可能添加入queue中

例子二：使用无界队列策略，即LinkedBlockingQueue

这个就拿newFixedThreadPool来说，根据前文提到的规则：
写道
如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选添加新的线程，而不进行排队。
那么当任务继续增加，会发生什么呢？
写道
如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。

OK，此时任务变加入队列之中了，那什么时候才会添加新线程呢？

写道
如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。

这里就很有意思了，可能会出现无法加入队列吗？不像SynchronousQueue那样有其自身的特点，对于无界队列来说，总是可以加入的（资源耗尽，当然另当别论）。换句说，永远也不会触发产生新的线程！corePoolSize大小的线程数会一直运行，忙完当前的，就从队列中拿任务开始运行。所以要防止任务疯长，比如任务运行的实行比较长，而添加任务的速度远远超过处理任务的时间，而且还不断增加，如果任务内存大一些，不一会儿就爆了，呵呵。

可以仔细想想哈。

例子三：有界队列，使用ArrayBlockingQueue。

这个是最为复杂的使用，所以JDK不推荐使用也有些道理。与上面的相比，最大的特点便是可以防止资源耗尽的情况发生。

举例来说，请看如下构造方法：

Java代码 收藏代码
  1. newThreadPoolExecutor(
  2. 2,4,30,TimeUnit.SECONDS,
  3. newArrayBlockingQueue<Runnable>(2),
  4. newRecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
  5. newThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
Java代码 收藏代码
  1. newThreadPoolExecutor(
  2. 2,4,30,TimeUnit.SECONDS,
  3. newArrayBlockingQueue<Runnable>(2),
  4. newRecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
  5. newThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

假设，所有的任务都永远无法执行完。

对于首先来的A,B来说直接运行，接下来，如果来了C,D，他们会被放到queu中，如果接下来再来E,F，则增加线程运行E，F。但是如果再来任务，队列无法再接受了，线程数也到达最大的限制了，所以就会使用拒绝策略来处理。

总结：

  1. ThreadPoolExecutor的使用还是很有技巧的。
  2. 使用无界queue可能会耗尽系统资源。
  3. 使用有界queue可能不能很好的满足性能，需要调节线程数和queue大小
  4. 线程数自然也有开销，所以需要根据不同应用进行调节。
通常来说对于静态任务可以归为：
  1. 数量大，但是执行时间很短
  2. 数量小，但是执行时间较长
  3. 数量又大执行时间又长
  4. 除了以上特点外，任务间还有些内在关系
看完这篇问文章后，希望能够可以选择合适的类型了

http://rdc.gleasy.com/java-executorservice-%E9%87%8D%E8%A6%81bug%E4%B8%A4%E4%BE%8B.html 

static class Task1 implements Runnable {
		int id;
		public Task1(int id) {
			this.id = id;
		}
		@Override
		public void run() {
			try {
				System.out.println(Thread.currentThread() +" task " + id + " begin");
				Thread.sleep(5000);
			} catch (InterruptedException e) {
				
			}
			if (id < 5) {
				throw new RuntimeException(Thread.currentThread() + " task " +id+ " exception");
			}
		}
	}
	
	static ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
	public void test() throws Exception {
		
		
		
	}
	
	
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
    	for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    		pool.execute(new Task1(i));
    	}
    	
    	ThreadPoolExecutor threads =(ThreadPoolExecutor) pool;
    	
    	for (int i= 0; i < 40; i++) {
    		System.out.println("pool size = " + threads.getPoolSize() + " Largest = " + threads.getLargestPoolSize() + " Max = " + threads.getMaximumPoolSize());
    		Thread.sleep(1000);
    	}
    	pool.shutdown();
//        ToyClient client = new ToyClient();
//        client.test();
    	
        
    }
起始线程池里有5个线程，前五个线程都抛出异常，这五个线程因为异常而死掉，线程池会再创建五个新线程

所以建议用submit提交任务，如果异常在线程中发生，当前线程不会处理这个异常，当前线程也不会死掉

如果任务实现的是callable接口，会在future.get();结果返回时抛出异常




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