Java中的线程池

最新推荐文章于 2022-10-25 13:38:23 发布

林军华

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分类专栏： Java

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1、线程池的优点：

a、重用线程池中的线程，避免线程创建与销毁带来的开销。

b、有效的控制线程池的最大并发数量，避免大量线程之间抢夺资源而造成的阻塞现象。

2、ThreadPoolExecutor类

线程池的实现类，他提供正真的线程池的功能。如下是该类的继承关系，以及完整类签名和主要的构造函数：

继承关系：

java.lang.Object
	  继承者 java.util.concurrent.AbstractExecutorService
		  继承者 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor

完成类签名：

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService

主要的构造方法：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

通过构造函数不同的参数配置可以构造不同的线程池对象。各项参数介绍如下(jdk的帮助文档是最好的学习工具)：
corePoolSize和maximumPoolSize：

ThreadPoolExecutor 将根据 corePoolSize 和 maximumPoolSize设置的边界自动调整池大小。当新任务在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交时，如果运行的线程少于 corePoolSize，则创建新线程来处理请求，即使其他辅助线程是空闲的。如果运行的线程多于corePoolSize 而少于 maximumPoolSize，则仅当队列满时才创建新线程。如果设置的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 相同，则创建了固定大小的线程池。如果将 maximumPoolSize 设置为基本的无界值（如Integer.MAX_VALUE），则允许池适应任意数量的并发任务。在大多数情况下，核心和最大池大小仅基于构造来设置，不过也可以使用 setCorePoolSize(int) 和setMaximumPoolSize(int) 进行动态更改。

keepAliveTime：

如果池中当前有多于 corePoolSize 的线程，则这些多出的线程在空闲时间超过 keepAliveTime 时将会终止。这提供了当池处于非活动状态时减少资源消耗的方法。如果池后来变得更为活动，则可以创建新的线程。也可以使用方法setKeepAliveTime(long, java.util.concurrent.TimeUnit) 动态地更改此参数。使用Long.MAX_VALUE TimeUnit.NANOSECONDS 的值在关闭前有效地从以前的终止状态禁用空闲线程。默认情况下，保持活动策略只在有多于 corePoolSizeThreads 的线程时应用。但是只要keepAliveTime 值非 0，allowCoreThreadTimeOut(boolean) 方法也可将此超时策略应用于核心线程。

unit：指定keepAliveTime的事件单位。通过TimeUnit枚举选择，包括分，秒，毫秒。

workQueue：

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：

i、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。

ii、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。

iii、如果无法将请求加入队列，且线程数小于maximumPoolSize，则创建新的线程，否则任务将被拒绝。

排队有三种通用策略：

a、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。

b、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。

c、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。

被拒绝的任务

当 Executor 已经关闭，并且 Executor 将有限边界用于最大线程和工作队列容量，且已经饱和时，在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交的新任务将被拒绝。在以上两种情况下，execute 方法都将调用其 RejectedExecutionHandler 的RejectedExecutionHandler.rejectedExecution(java.lang.Runnable, java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor) 方法。

下面提供了四种预定义的处理程序策略：

a、在默认的 ThreadPoolExecutor.AbortPolicy 中，处理程序遭到拒绝将抛出运行时 RejectedExecutionException。

b、在 ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy 中，线程调用运行该任务的 execute 本身。此策略提供简单的反馈控制机制，能够减缓新任务的提交速度。

c、在 ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy 中，不能执行的任务将被删除。

d、在 ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy 中，如果执行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的任务将被删除，然后重试执行程序（如果再次失败，则重复此过程）。

注意：定义和使用其他种类的 RejectedExecutionHandler 类也是可能的，但这样做需要非常小心，尤其是当策略仅用于特定容量或排队策略时。

threadFactory：

使用 ThreadFactory 创建新线程。如果没有另外说明，则在同一个 ThreadGroup 中一律使用Executors.defaultThreadFactory() 创建线程，

并且这些线程具有相同的NORM_PRIORITY 优先级和非守护进程状态。通过提供不同的 ThreadFactory，可以改变线程的名称、线程组、优先级、守护

进程状态，等等。如果从 newThread 返回 null 时 ThreadFactory 未能创建线程，则执行程序将继续运行，但不能执行任何任务。

/**
		 * The default thread factory
		 */
		static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {
			private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
			private final ThreadGroup group;
			private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
			private final String namePrefix;

			DefaultThreadFactory() {
				SecurityManager s = System.getSecurityManager();
				group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
									  Thread.currentThread().getThreadGroup();
				namePrefix = "pool-" +
							  poolNumber.getAndIncrement() +
							 "-thread-";
			}

			public Thread newThread(Runnable r) {
				Thread t = new Thread(group, r,
									  namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),
									  0);
				if (t.isDaemon())
					t.setDaemon(false);
				if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)
					t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
				return t;
			}
		}

handler：

当没有任务可以执行时，调用handler通知调用者。默认抛出RejectedExectionException。

可以根据不同的需要配置ThreadPoolExecutor类来得到不同功能的线程池对象。
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。

3、Executors工具类中常用的线程池：
通过Executors工具类的静态方法可以构建出4中不同的线程池对象：
a、CachedThreadPool（无界线程池，可以进行自动线程回收）

Executors.newCachedThreadPool()

特点：

i、如果线程池中的线程都处于互动状态的话，它会新建线程来执行该任务，否则从用空闲线程。

ii、如果空闲线程60秒没有被利用则被回收。

iii、适合执行大量耗时短的任务。

b、FixedThreadPool（固定大小线程池）

Executors.newFixedThreadPool(nThreads)

特点：

i、线程池中线程数固定，当前线程空闲也不会被回收，除非关闭线程池。

ii、所有线程处于活跃状态则新任务会被阻塞。

c、ScheduledThreadPool （可延时执行的线程池，采用延时队列实现的）

Executors.newScheduledThreadPool(nThreads)

特点： i、核心线程数固定，非核心线程数没有限制，当核心线程闲置时也会被回收。

ii、可以执行定时任务和固定周期的任务。

d、SingleThreadExecutor （单个后台线程）

Executors.newSingleThreadExecutor()

特点： i、只有一个核心线程。

ii、所有任务将按添加顺序在同一个线程中执行。

iii、统一外部的任务到一个线程中，使得任务之间不需要处理线程同步的问题。

4、使用线程池对象。

a、创建线程池对象，可以通过上述方法。

b、创建任务Runnable对象。

c、使用线程池对象的execute(Runnable r)方法添加该任务。

Runnable command = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                SystemClock.sleep(2000);
            }
        };

        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);
        fixedThreadPool.execute(command);
        
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        cachedThreadPool.execute(command);
        
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(4);
        // 2000ms后执行command
        scheduledThreadPool.schedule(command, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        // 延迟10ms后，每隔1000ms执行一次command
        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(command, 10, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);

        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        singleThreadExecutor.execute(command);