Java并发——Executor框架ThreadPoolExecutor详解

本文详细介绍了Java中的ThreadPoolExecutor线程池实现,包括其构造方法、核心参数设置及三种常见线程池(FixedThreadPool、SingleThreadExecutor、CachedThreadPool)的工作原理和适用场景。

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ThreadPoolExecutor是Executor接口的一个重要的实现类,是线程池的具体实现,用来执行被提交的任务。

一、ThreadPoolExecutor的创建:

  • 直接创建ThreadPoolExecutor的实例对象,这样需要自己配置ThreadPoolExecutor中的每一个参数:
ThreadPoolExecutor tpe = new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue);
每个参数的具体设置参见: 点击打开链接
  • ThreadPoolExecutor通过Executors工具类来创建ThreadPoolExecutor的子类FixedThreadPool、SingleThreadExecutor、CachedThreadPool,这些子类继承ThreadPoolExecutor,并且其中的一些参数已经被配置好。
//FixedThreadPoll
ExecutorService ftp = Executors.newFixedThreadPool(int threadNums);
ExecutorService ftp = Executors.newFixedThreadPool(int threadNums, ThreadFactory threadFactory);
//SingleThreadExecutor
ExecutorService ste = Executors.newSingleThreadExecutor();
ExecutorService ste = Executors.newSingleThradPool(ThreadFactory threadFactory);
//CachedThreadPool
ExecutorService ctp = Executors.newCachedThreadPool();
ExecutorService ctp = Executors.newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory);

关于ThreadFactory接口,参见:点击打开链接


二、ThreadPoolExecutor的子类FixedThreadPool、SingleThreadExecutor、CachedThreadPool详解

FixedThreadPool、SingleThreadExecutor、CachedThreadPool都是通过Executors工厂类中的工厂方法创建的,因此我们对这几个方法进行分析。

1、FixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }

应用场景:FixedThreadPool是线程数量固定的线程池,适用于为了满足资源管理的需求,而需要适当限制当前线程数量的情景,适用于负载比较重的服务器。

可以看出它的实现就是把线程池最大线程数量maxmumPoolSize和核心线程池的数量corePoolSize设置为相等,并且使用LinkedBlockingQueue作为阻塞队列,那么首先可以知道线程池的线程数量最多就是nThread,只会在核心线程池阶段创建,此外,因为LinkedBlockingQueue是无限的双向队列,因此当任务不能立刻执行时,都会添加到阻塞队列中,因此可以得到FixedThreadPool的工作流程大致如下:

  • 当前核心线程池总线程数量小于corePoolSize,那么创建线程并执行任务;
  • 如果当前线程数量等于corePoolSize,那么把 任务添加到阻塞队列中;
  • 如果线程池中的线程执行完任务,那么获取阻塞队列中的任务并执行;

*注意:因为阻塞队列是无限的双向队列,因此如果没有调用shutDownNow()或者shutDown()方法,线程池是不会拒绝任务的,如果线程池中的线程一直被占有,FixedThreadPool是不会拒绝任务的。

因为使用的是LinkedBlockingQueue,因此maximumPoolSize,keepAliveTime都是无效的,因为阻塞队列是无限的,因此线程数量肯定小于等于corePoolSize,因此keepAliveTime是无效的;


2、SingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                    threadFactory));
    }

应用场景:SingleThreadExecutor是只有一个线程的线程池,常用于需要让线程顺序执行,并且在任意时间,只能有一个任务被执行,而不能有多个线程同时执行的场景。

因为阻塞队列使用的是LinkedBlockingQueue,因此和FixedThreadPool一样,maximumPoolSize,keepAliveTime都是无效的。corePoolSize为1,因此最多只能创建一个线程,SingleThreadPool的工作流程大概如下:

  • 当前核心线程池总线程数量小于corePoolSize(1),那么创建线程并执行任务;
  • 如果当前线程数量等于corePoolSize,那么把 任务添加到阻塞队列中;
  • 如果线程池中的线程执行完任务,那么获取阻塞队列中的任务并执行;


3、CachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

    public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }

应用场景:CachedThreadPool适用于执行很多短期异步任务的小程序,或者是负载较轻的服务器。

CachedThreadPool使用SynchronizedQueue作为阻塞队列,SynchronizedQueue是不存储元素的阻塞队列,实现“一对一的交付”,也就是说,每次向队列中put一个任务必须等有线程来take这个任务,否则就会一直阻塞该任务,如果一个线程要take一个任务就要一直阻塞知道有任务被put进阻塞队列。

因为CachedThreadPool的maximumPoolSize为Integer.MUX_VALUE,因此CachedThreadPool是无界的线程池,也就是说可以一直不断的创建线程。corePoolSize为0 ,因此在CachedThreadPool中直接通过阻塞队列来进行任务的提交。

CachedThreadPool的工作流程大概如下:

  • 首先执行SynchronizedQueue.offer(  )把任务提交给阻塞队列,如果这时候正好在线程池中有空闲的线程执行SynchronizedQueue.poll( ),那么offer操作和poll操作配对,线程执行任务;
  • 如果执行SynchronizedQueue.offer(  )把任务提交给阻塞队列时maximumPoolSize=0.或者没有空闲线程来执行SynchronizedQueue.poll( ),那么步骤1失败,那么创建一个新线程来执行任务;
  • 如果当前线程执行完任务则循环从阻塞队列中获取任务,如果当前队列中没有提交(offer)任务,那么线程等待keepAliveTime时间,在CacheThreadPool中为60秒,在keepAliveTime时间内如果有任务提交则获取并执行任务,如果没有则销毁线程,因此最后如果一直没有任务提交了,线程池中的线程数量最终为0。
*注意:因为maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE,因此可以不断的创建新线程,这样可能会CPU和内存资源耗尽。
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