Java并发编程的艺术读书笔记(第九章)

本文深入探讨Java线程池的原理与应用,包括降低资源消耗、提高响应速度及线程管理优势。详解线程池工作流程,创建方法,参数配置如corePoolSize、maximumPoolSize、keepAliveTime及饱和策略。同时,提供合理配置线程池的指导,适用于CPU密集型和IO密集型任务。

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第九章-Java中的线程池

Java中的线程池

  • 降低资源消耗

    通过重复利用以创建的线程降低线程创建和销毁造成的损耗

  • 提高响应速度

    当任务到达时,任务可以不要等到 ***线程创建***就能进行

  • 提高线程的可管理性

    可以统一调优、分配、监控

工作原理
==>任务到达线程池
if(线程数量 <= corePoolSize){
	创建线程执行任务
} else if(任务队列满了 && 线程数量 < maximumPoolSize){
	创建线程执行任务
} else {
	按照执行策略执行
}

在创建线程时线程池都需要获取全局锁,所以为了避免性能的损耗线程池一般会预热,知道数量大于等于corePoolSize。

线程池的使用

线程池的创建

通过ThreadPoolExecutor创建

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
  • corePoolSize(核心线程池大小):当提交一个任务到线程池时,线程池会创建一个线程来执行任务,即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程,等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法,线程池会提前创建并启动所有基本线程。

  • maximumPoolSize(线程池最大大小):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。

  • ThreadFactory:用于设置创建线程的工厂。 默认使用Executors内部类DefaultThreadFactory,可以通过实现ThreadFactory接口,写自己的Factory,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,Debug和定位问题时非常又帮助;

  • keepAliveTime(线程活动保持时间):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。

  • TimeUnit(线程活动保持时间的单位):可选的单位有天(DAYS),小时(HOURS),分钟(MINUTES),毫秒(MILLISECONDS),微秒(MICROSECONDS, 千分之一毫秒)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。

  • workQueue(任务队列):用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下几个阻塞队列。

    1.ArrayBlockingQueue:是一个基于数组结构的有界阻塞队列,此队列按 FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。
    2.LinkedBlockingQueue:一个基于链表结构的阻塞队列,此队列按FIFO (先进先出) 排序元素,吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。
    3.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,吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue,静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。
    4.PriorityBlockingQueue:一个具有优先级得无限阻塞队列。
    
    
  • RejectedExecutionHandler(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。以下是提供的四种策略。
    1.AbortPolicy:直接抛出异常。默认策略
    2.CallerRunsPolicy:只用调用者所在线程来运行任务。
    3.DiscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务。
    4.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。
    
    

生成大小固定的线程池:

new ThreadPoolExecutor(10, 10, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());

ThreadPoolExecutor 里采用等任务队列是 LinkedBlockingQueue。由上节我们知道 LinkedBlockingQueue是一个无界队列,所以任务永远不会出现满等状态,所以可以无限的添加任务知道内存溢出。

如果我们无界队列换成有界队列呢
如 缓存线程池,它的实现:

new ThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>());

这时按照上面的原理,当任务队列满的时候,线程池将会无限的创建线程,知道栈溢出。也就是说在创建上面的线程池时 参数corePoolSize是无效的。

合理的配置线程池

  • CPU密集型
    • N(cpu) + 1 个线程
  • IO密集型
    • 2 * N(cpu)
  • 如果是混合型的话可以将其拆分执行
N(cpu) = Runtime.getRuntime().availableProcessors();//获得CPU个数

建议使用有界队列避免溢出

线程池的监控
  • taskCount 线程池所需要执行的任务数量
  • completedTaskCount 线程池在运行过程中已完成的任务数量(小于等于taskCount)
  • largestPoolSize 线程池里曾创建过的最大线程数量
  • getPoolSize 线程池的线程数量
  • getActiveCount 获取活动的线程数

如何监控?
通过继承线程池在自定义线程池,重写线程池的方法进行监控

  • beforeExecute()任务执行前
  • afterExecute() 任务执行后
  • terminated() 线程池关闭前
资源下载链接为: https://pan.quark.cn/s/790f7ffa6527 在一维运动场景中,小车从初始位置 x=-100 出发,目标是到达 x=0 的位置,位置坐标 x 作为受控对象,通过增量式 PID 控制算法调节小车的运动状态。 系统采用的位置迭代公式为 x (k)=x (k-1)+v (k-1) dt,其中 dt 为仿真过程中的恒定时间间隔,因此速度 v 成为主要的调节量。通过调节速度参数,实现对小车位置的精确控制,最终生成位置 - 时间曲线的仿真结果。 在参数调节实验中,比例调节系数 Kp 的影响十分显著。从仿真曲线可以清晰观察到,当增大 Kp 值时,系统的响应速度明显加快,小车能够更快地收敛到目标位置,缩短了稳定时间。这表明比例调节在加快系统响应方面发挥着关键作用,适当增大比例系数可有效提升系统的动态性能。 积分调节系数 Ki 的调节则呈现出不同的特性。实验数据显示,当增大 Ki 值时,系统运动过程中的波动幅度明显增大,位置曲线出现更剧烈的震荡。但与此同时,小车位置的变化速率也有所提高,在动态调整过程中能够更快地接近目标值。这说明积分调节虽然会增加系统的波动性,但对加快位置变化过程具有积极作用。 通过一系列参数调试实验,清晰展现了比例系数和积分系数在增量式 PID 控制系统中的不同影响规律,为优化控制效果提供了直观的参考依据。合理匹配 Kp 和 Ki 参数,能够在保证系统稳定性的同时,兼顾响应速度和调节精度,实现小车位置的高效控制。
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