java 多线程的实现方式主要有三种
1、extends Thread
2、implements Runnable
3、implements Callable
课程介绍多线程编程https://gitchat.youkuaiyun.com/columnTopic/5a25540ce3a13b7fc5936038
合理利用线程池能够带来三个好处。
第一: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。
第二:提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
第三: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。但是要做到合理的利用线程池,必须对其原理了如指掌。
一、传统new线程的弊端
a. 每次new Thread新建对象性能差。
b. 线程缺乏统一管理,可能无限制新建线程,相互之间竞争,及可能占用过多系统资源导致死机或oom。
c. 缺乏更多功能,如定时执行、定期执行、线程中断。
相比new Thread,Java提供的四种线程池的好处在于:
a. 重用存在的线程,减少对象创建、消亡的开销,性能佳。
b. 可有效控制最大并发线程数,提高系统资源的使用率,同时避免过多资源竞争,避免堵塞。
c. 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。
为什么要用线程池:
1.减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。
2.可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。
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。
比较重要的几个类:
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。 |
要配置一个线程池是比较复杂的,尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下,很有可能配置的线程池不是较优的,因此在Executors类里面提供了一些静态工厂,生成一些常用的线程池。
二、线程池类型
Executors线程池类提供了以下几种静态方法直接创建线程池,分别为:(JDK1.8 有)
1、newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。(使用 CachedThreadPool 比较耗内存,并发 200+的时候 会造成内存溢出)
优点:很灵活,弹性的线程池线程管理,用多少线程给多大的线程池,不用后及时回收,用则新建
缺点:一旦线程无限增长,会导致内存溢出。
不推荐理由:最大线程数无限大。
2、newFixedThreadPool 创建一个指定大小的工作线程池,可控制线程最大并发数
每当提交一个任务就创建一个工作线程,如果工作线程数量达到线程池初始的最大数,则将提交的任务存入到池队列中等待。
优点:创建一个指定工作线程数量的线程池,超出的线程会在队列中等待。
缺点:不支持自定义拒绝策略,大小固定,难以扩展
不推荐理由:虽然线程池中的线程数目是有限且固定的,但是阻塞/等待队列(存储等待执行的线程)的最大长度为Integer.MAX_VALUE。
3、newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池,而且支持定时的以及周期性的任务执行。
缺点:任务是单线程方式执行,一旦一个任务失败其他任务也受影响
不推荐理由:线程池中的最大线程数用的Integer.MAX_VALUE。阻塞/等待队列是无界队列。
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}
newScheduledThreadPool 和 其他线程池最大的区别是使用的阻塞队列是 DelayedWorkQueue,而且多了两个定时执行的方法scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay
4、newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的Executor,即只创建唯一的工作者线程来执行任务,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。如果这个线程异常结束,会有另一个取代它,保证顺序执行。单工作线程最大的特点是可保证顺序地执行各个任务,并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。
优点:创建一个单线程的线程池,保证线程的顺序执行
缺点:不适合并发。。不懂为什么这种操作要用线程池。。为什么不直接用队列
不推荐理由:虽然线程池的核心线程数和最大线程数都为1,但是阻塞/等待队列的最大长度为Integer.MAX_VALUE。
5、newWorkStealingPool newWorkStealingPool适合使用在很耗时的操作,但是newWorkStealingPool不是ThreadPoolExecutor的扩展,它是新的线程池类ForkJoinPool的扩展,但是都是在统一的一个Executors类中实现,由于能够合理的使用CPU进行对任务操作(并行操作),所以适合使用在很耗时的任务中。
work-stealing(工作窃取算法)
work-stealing(工作窃取),ForkJoinPool提供了一个更有效的利用线程的机制,当ThreadPoolExecutor还在用单个队列存放任务时,ForkJoinPool已经分配了与线程数相等的队列,当有任务加入线程池时,会被平均分配到对应的队列上,各线程进行正常工作,当有线程提前完成时,会从队列的末端“窃取”其他线程未执行完的任务,当任务量特别大时,CPU多的计算机会表现出更好的性能。
三、Java线程之CompletionService批处理任务
CompletionService整合了Executor和BlockingQueue的功能。
https://www.cnblogs.com/xubiao/p/5463283.html
四、ThreadPoolExecutor(推荐使用)
ThreadPoolExecutor 是真正的线程池接口(ExecutorService)的默认实现,他通过构造方法的一系列参数,来构成不同配置的线程池。常用的构造方法有下面四个:
ThreadPollExecutor中的所有的构造函数最终都会调用下面这个构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
序号 | 名称 | 类型 | 含义 |
---|---|---|---|
1 | corePoolSize | int | 核心线程池大小 |
2 | maximumPoolSize | int | 最大线程池大小 |
3 | keepAliveTime | long | 线程最大空闲时间 |
4 | unit | TimeUnit | 时间单位 |
5 | workQueue | BlockingQueue<Runnable> | 线程等待队列 |
6 | threadFactory | ThreadFactory | 线程创建工厂 |
7 | handler | RejectedExecutionHandler | 拒绝策略 |
其中比较容易让人误解的是:corePoolSize,maximumPoolSize,workQueue之间关系。
1.当线程池小于corePoolSize时,新提交任务将创建一个新线程执行任务,即使此时线程池中存在空闲线程。
2.当线程池达到corePoolSize时,新提交任务将被放入workQueue中,等待线程池中任务调度执行
3.当workQueue已满,且maximumPoolSize>corePoolSize时,新提交任务会创建新线程执行任务
4.当提交任务数超过maximumPoolSize时,新提交任务由RejectedExecutionHandler处理
5.当线程池中超过corePoolSize线程,空闲时间达到keepAliveTime时,关闭空闲线程
6.当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时,线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭
1、int corePoolSize:该线程池中核心线程数
核心线程:线程池新建线程的时候,如果当前线程总数小于corePoolSize,则新建的是核心线程,如果超过corePoolSize,则新建的是非核心线程,核心线程默认情况下会一直存活在线程池中,即使这个核心线程啥也不干(闲置状态)。
如果指定ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut这个属性为true,那么核心线程如果不干活(闲置状态)的话,超过一定时间(时长下面参数决定),就会被销毁掉。
2、int maximumPoolSize: 该线程池中线程总数最大值,线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了,并且已创建的线程数小于最大线程数,则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。
-
线程总数 = 核心线程数 + 非核心线程数。
3、long keepAliveTime:该线程池中非核心线程闲置超时时长
- 线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。所以如果任务很多,并且每个任务执行的时间比较短,可以调大这个时间,提高线程的利用率。
-
一个非核心线程,如果不干活(闲置状态)的时长超过这个参数所设定的时长,就会被销毁掉,如果设置allowCoreThreadTimeOut = true,则会作用于核心线程。
4、TimeUnit unit:keepAliveTime的时间单位(第三个参数的时间单位)
-
TimeUnit是一个枚举类型,其包括:
NANOSECONDS : 1微毫秒 = 1微秒 / 1000
MICROSECONDS : 1微秒 = 1毫秒 / 1000
MILLISECONDS : 1毫秒 = 1秒 /1000
SECONDS : 秒
MINUTES : 分
HOURS : 小时
DAYS : 天
5、BlockingQueue(workQueue):该线程池中的等待任务队列:维护着等待执行的Runnable对象(可用阻塞线程队列存储)
-
当所有的核心线程都在干活时,新添加的任务会被添加到这个队列中等待处理,如果队列满了,则新建非核心线程执行任务。
常用的workQueue类型:
-
SynchronousQueue:这个队列接收到任务的时候,会直接提交给线程处理,而不保留它,如果所有线程都在工作怎么办?那就新建一个线程来处理这个任务!所以为了保证不出现<线程数达到了maximumPoolSize而不能新建线程>的错误,使用这个类型队列的时候,maximumPoolSize一般指定成Integer.MAX_VALUE,即无限大
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LinkedBlockingQueue:这个队列接收到任务的时候,如果当前线程数小于核心线程数,则新建线程(核心线程)处理任务;如果当前线程数等于核心线程数,则进入队列等待。由于这个队列没有最大值限制,即所有超过核心线程数的任务都将被添加到队列中,这也就导致了maximumPoolSize的设定失效,因为总线程数永远不会超过corePoolSize
-
ArrayBlockingQueue:可以限定队列的长度,接收到任务的时候,如果没有达到corePoolSize的值,则新建线程(核心线程)执行任务,如果达到了,则入队等候,如果队列已满,则新建线程(非核心线程)执行任务,又如果总线程数到了maximumPoolSize,并且队列也满了,则发生错误
-
DelayQueue:队列内元素必须实现Delayed接口,这就意味着你传进去的任务必须先实现Delayed接口。这个队列接收到任务时,首先先入队,只有达到了指定的延时时间,才会执行任务
6、ThreadFactory 创建线程的工厂
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。
7、RejectedExecutionHandler handler 拒绝策略
-
(饱和策略):当队列和线程池都满了,说明线程池处于饱和状态,那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy,表示无法处理新任务时抛出异常。以下是JDK1.5提供的四种策略。
- 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。
- 当然也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化不能处理的任务。当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时,任务会交给RejectedExecutionHandler来处理
本文就结合JDK 1.8 画了一下线程池的类图
五、向线程池提交任务
提交任务有execute()和submit()两个方法,下面看看他俩的区别:
①接收参数不同
execute()的参数是Runnable,submit()参数可以是Runnable,也可以是Callable。
②返回值不同
execute()没有返回值,submit()有返回值Future。通过Future可以获取各个线程的完成情况,是否有异常,还能试图取消任务的执行。
execute()很好理解,下面看个使用submit()获取返回值的例子,假设我有很多更新各种数据的task,我希望如果其中一个task失败,其它的task就不需要执行了。那我就需要catch Future.get抛出的异常,然后终止其它task的执行。
六、 线程池的分析
A.流程分析:线程池的主要工作流程如下图:
从上图我们可以看出,当提交一个新任务到线程池时,线程池的处理流程如下:
- 首先线程池判断基本线程池是否已满?没满,创建一个工作线程来执行任务。满了,则进入下个流程。
- 其次线程池判断工作队列是否已满?没满,则将新提交的任务存储在工作队列里。满了,则进入下个流程。
- 最后线程池判断整个线程池是否已满?没满,则创建一个新的工作线程来执行任务,满了,则交给饱和策略来处理这个任务。
- 线程池中的线程到底是怎么重复利用???
让线程处于阻塞状态(这样就不占用资源)
运行runWorker方法的时候
while(task !=null || (task==getTask())!=null ){
}
getTask()从阻塞队列里面获取任务,未获取到任务则会发生阻塞
- 线程池中的核心线程数怎么计算???
是否需要区分核心线程和非核心线程? 不需要区分核心线程
线程本身是没有核心和非核心状态的
只要保证线程数量不超过线程池的最大线程数;最终保证线程池里面的线程数大小为核心线程数。
//ct1 统计所有线程的数量,是32位的整型,其中29位存的线程的数量,3位存的线程状态
AtomicInteger ct1 = new AtomicInteger();
- 怎么判断线程是空闲还是繁忙???
BlockingQueue为空的情况,则获取任务阻塞,也就是线程处于空闲的情况
BlockingQueue满了,也就是线程处于繁忙的情况 (就会增加最大线程数,当到达阈值则会触发拒绝策略)
七、合理的配置线程池
要想合理的配置线程池,就必须首先分析任务特性,可以从以下几个角度来进行分析:
- 任务的性质:CPU密集型任务,IO密集型任务和混合型任务。
- 任务的优先级:高,中和低。
- 任务的执行时间:长,中和短。
- 任务的依赖性:是否依赖其他系统资源,如数据库连接。
任务性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理。
CPU密集型任务配置尽可能小的线程,如配置Ncpu+1个线程的线程池。
IO密集型任务则由于线程并不是一直在执行任务,则配置尽可能多的线程,如2*Ncpu。
混合型的任务,如果可以拆分,则将其拆分成一个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,那么分解后执行的吞吐率要高于串行执行的吞吐率,如果这两个任务执行时间相差太大,则没必要进行分解。
我们可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数。
优先级不同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先得到执行,需要注意的是如果一直有优先级高的任务提交到队列里,那么优先级低的任务可能永远不能执行。
执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理,或者也可以使用优先级队列,让执行时间短的任务先执行。
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结果,如果等待的时间越长CPU空闲时间就越长,那么线程数应该设置越大,这样才能更好的利用CPU。
建议使用有界队列,有界队列能增加系统的稳定性和预警能力,可以根据需要设大一点,比如几千。
有一次我们组使用的后台任务线程池的队列和线程池全满了,不断的抛出抛弃任务的异常,通过排查发现是数据库出现了问题,导致执行SQL变得非常缓慢,因为后台任务线程池里的任务全是需要向数据库查询和插入数据的,所以导致线程池里的工作线程全部阻塞住,
任务积压在线程池里。
如果当时我们设置成无界队列,线程池的队列就会越来越多,有可能会撑满内存,导致整个系统不可用,而不只是后台任务出现问题。
当然我们的系统所有的任务是用的单独的服务器部署的,而我们使用不同规模的线程池跑不同类型的任务,但是出现这样问题时也会影响到其他任务。