Java线程池知识点大全

线程池

new Thread弊端

◆每次 new Thread新建对象,性能差
◆线程缺乏统一管理,可能无限制的新建线程,相互竞争,有可能占用过多系统资源导致死机或OOM
◆缺少更多功能,如更多执行、定期执行、线程中断

 

线程池的好处

  (1）降低系统资源消耗，通过重用已存在的线程，降低线程创建和销毁造成的消耗；
（2）提高系统响应速度，当有任务到达时，通过复用已存在的线程，无需等待新线程的创建便能立即执行；
（3）方便线程并发数的管控。因为线程若是无限制的创建，可能会导致内存占用过多而产生OOM，并且会造成cpu过度切换（cpu切换线程是有时间成本的（需要保持当前执行线程的现场，并恢复要执行线程的现场））。
（4）提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能

线程池的主要参数

 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

1、corePoolSize（线程池基本大小）：当向线程池提交一个任务时，若线程池已创建的线程数小于corePoolSize，即便此时存在空闲线程，也会通过创建一个新线程来执行该任务，直到已创建的线程数大于或等于corePoolSize时，（除了利用提交新任务来创建和启动线程（按需构造），也可以通过 prestartCoreThread() 或 prestartAllCoreThreads() 方法来提前启动线程池中的基本线程。）

2、maximumPoolSize（线程池最大大小）：线程池所允许的最大线程个数。当队列满了，且已创建的线程数小于maximumPoolSize，则线程池会创建新的线程来执行任务。另外，对于无界队列，可忽略该参数。

3、unit: keepAliveTime的时间单位

4、keepAliveTime（线程存活保持时间）当线程池中线程数大于核心线程数时，线程的空闲时间如果超过线程存活时间，那么这个线程就会被销毁，直到线程池中的线程数小于等于核心线程数。

5、workQueue（任务队列）：用于传输和保存等待执行任务的阻塞队列。

6、threadFactory（线程工厂）：用于创建新线程。threadFactory创建的线程也是采用new Thread()方式，threadFactory创建的线程名都具有统一的风格：pool-m-thread-n（m为线程池的编号，n为线程池内的线程编号）。

7、handler（线程饱和策略）：当线程池和队列都满了，再加入线程会执行此策略。

 

拒绝策略

handler的拒绝策略：

有四种：第一种 AbortPolicy 直接抛出拒绝异常，会中断调用者的处理过程，所以除非有明确需求，一般不推荐

             第二种DisCardPolicy:不执行新任务，也不抛出异常

             第三种DisCardOldSetPolicy:将消息队列中的第一个任务替换为当前新进来的任务执行

             第四种CallerRunsPolicy:直接调用execute来执行当前任务

 

线程池流程

线程池流程

1、 如果此时线程池中的数量小于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。
2、 如果此时线程池中的数量等于 corePoolSize，但是缓冲队列 workQueue未满，那么任务被放入缓冲队列。
3、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小于maximumPoolSize，建新的线程来处理被添加的任务。
4、 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。也就是：处理任务的优先级为：核心线程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。
5、 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

线程池类图

 

线程池状态

线程池的5种状态：Running、ShutDown、Stop、Tidying、Terminated。

1、RUNNING

(1) 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。 
(2) 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！

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

 

2、 SHUTDOWN

(1) 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。 
(2) 状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

3、STOP

(1) 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。 
(2) 状态切换：调用线程池的shutdownNow()接口时，线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。

4、TIDYING

(1) 状态说明：当所有的任务已终止，ctl记录的”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。 
(2) 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。

5、 TERMINATED

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

 

线程池为什么需要使用（阻塞）队列？

回到了非线程池缺点中的第3点：
1、因为线程若是无限制的创建，可能会导致内存占用过多而产生OOM，并且会造成cpu过度切换。

另外回到了非线程池缺点中的第1点：
2、创建线程池的消耗较高。
或者下面这个网上并不高明的回答：
2、线程池创建线程需要获取mainlock这个全局锁，影响并发效率，阻塞队列可以很好的缓冲。

线程池为什么要使用阻塞队列而不使用非阻塞队列？

阻塞队列可以保证任务队列中没有任务时阻塞获取任务的线程，使得线程进入wait状态，释放cpu资源。
当队列中有任务时才唤醒对应线程从队列中取出消息进行执行。
使得在线程不至于一直占用cpu资源。

（线程执行完任务后通过循环再次从任务队列中取出任务进行执行，代码片段如下
while (task != null || (task = getTask()) != null) {}）。

不用阻塞队列也是可以的，不过实现起来比较麻烦而已，有好用的为啥不用呢？

如何配置线程池

CPU密集型任务
尽量使用较小的线程池，一般为CPU核心数+1。 因为CPU密集型任务使得CPU使用率很高，若开过多的线程数，会造成CPU过度切换。

IO密集型任务
可以使用稍大的线程池，一般为2*CPU核心数。 IO密集型任务CPU使用率并不高，因此可以让CPU在等待IO的时候有其他线程去处理别的任务，充分利用CPU时间。

混合型任务
可以将任务分成IO密集型和CPU密集型任务，然后分别用不同的线程池去处理。 只要分完之后两个任务的执行时间相差不大，那么就会比串行执行来的高效。
因为如果划分之后两个任务执行时间有数据级的差距，那么拆分没有意义。
因为先执行完的任务就要等后执行完的任务，最终的时间仍然取决于后执行完的任务，而且还要加上任务拆分与合并的开销，得不偿失。

java中提供的线程池

Executors类提供了4种不同的线程池：newCachedThreadPool, newFixedThreadPool, newScheduledThreadPool, newSingleThreadExecutor

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

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

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }

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

 

java线程池对比

1、newCachedThreadPool：用来创建一个可以无限扩大的线程池，适用于负载较轻的场景，执行短期异步任务。（可以使得任务快速得到执行，因为任务时间执行短，可以很快结束，也不会造成cpu过度切换）

2、newFixedThreadPool：创建一个固定大小的线程池，因为采用无界的阻塞队列，所以实际线程数量永远不会变化，适用于负载较重的场景，对当前线程数量进行限制。（保证线程数可控，不会造成线程过多，导致系统负载更为严重）

3、newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池，适用于需要保证顺序执行各个任务。

4、newScheduledThreadPool：适用于执行延时或者周期性任务。

• FixedThreadPool 和 SingleThreadPool：
  允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE ，会堆积大量请求OOM

• CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool：
  允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量线程OOM

 

线程池方法api

execute():提交任务,交给线程池执行
submit():提交任务,能够返回执行结果 execute+ Future

shutdown():关闭线程池,等待任务都执行完
shutdownNow():关闭线程池,不等待任务执行完

getTaskCount():线程池已执行和未执行的任务总数
getCompleted Task Count():已完成的任务数量

getPoolSize():线程池当前的线程数量
getActiveCount():当前线程池中正在执行任务的线程数量


submit(Callable<T> task)能获取到它的返回值，通过future.get()获取（阻塞直到任务执行完）。一般使用FutureTask+Callable配合使用（IntentService中有体现）。

submit(Runnable task, T result)能通过传入的载体result间接获得线程的返回值。
submit(Runnable task)则是没有返回值的，就算获取它的返回值也是null。

Future.get方法会使取结果的线程进入阻塞状态，知道线程执行完成之后，唤醒取结果的线程，然后返回结果

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。

• ArrayBlockingQueue在生产者放入数据和消费者获取数据，都是共用同一个锁对象，
  • 由此也意味着两者无法真正并行运行
  • 这点尤其不同于LinkedBlockingQueue

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（5）使用了这个队列。

4、PriorityBlockingQueue

• 一个具有优先级的无限阻塞队列。
• PriorityBlockingQueue也是基于最小二叉堆实现
  • 数组实现的最小堆