Java线程池详解

旗smile

已于 2023-01-31 09:52:39 修改

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分类专栏： java 文章标签： java 线程池多线程

于 2023-01-31 09:41:10 首次发布

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一、线程池有哪些优点

减少资源开销，不用频繁的创建和销毁线程
提高响应时长，有任务时可直接执行。
提高线程的可管理性，所有线程资源都由线程池统一管理。

二、线程池的主要参数

线程池ThreadPoolExecutor的继承关系：

想知道有哪些参数，先看参数最多的构造函数：

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;
}

可以看到创建一个线程池需要七个参数。

corePoolSize：线程池核心线程数量大小，有新任务进来时，如果线程池中的线程数小于这个值，则会创建新的线程来执行任务（不管有没有空闲线程，都会创建），直到线程数量大于等于这个数量。
maximumPoolSize：线程池最大线程数量大小（当达到核心线程数，且队列任务已满，会增加线程至最大线程数）。
keepAliveTime：线程的最大空余时间，大于这个时间将被回收（线程数大于核心线程数时，多余的线程空闲时长达到这个值就会被回收）。
unit：空余时长的单位。
workQueue：阻塞队列，当核心线程数已满，任务会被放到这个队列中。
threadFactory：线程工厂，线程池中的线程都是由这个线程工厂创建的，线程池提供了默认的线程工厂。
handler：拒绝策略，当队列任务已满，且线程数量达到最大线程数，新进入的任务会执行这个拒绝策略来选择丢弃哪个任务，线程池提供了四种默认的拒绝策略。

线程工厂ThreadFactor，线程池中默认给定了一个线程工厂DefaultThreadFactory，线程工厂的作用是用于创建线程，自己创建线程工厂时需要实现ThreadFactor接口，该接口中只有一个方法Thread newThread(Runnable r);，即创建线程的方法，自定义线程工厂的好处是可以自定义线程名称。

阻塞队列BlockingQueue，阻塞队列是在核心线程满了以后存放任务使用，常用的有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue、DelayedWorkQueue等，当阻塞队列也满时，会创建线程至最大线程数，如果队列已满，也达到最大线程数，则执行拒绝策略。

拒绝策略RejectedExecutionHandler：

DiscardPolicy：丢弃该任务，不抛异常。
DiscardOldestPolicy：丢弃最早加入队列的任务，不抛异常。
AbortPolicy：丢弃该任务并抛出异常RejectedExecutionException，默认使用该策略。
CallerRunsPolicy:由调用线程池的线程来执行当前任务。

查看源码：

public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    public DiscardPolicy() { }
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
    }
}
public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    public DiscardOldestPolicy() { }
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        if (!e.isShutdown()) {
            e.getQueue().poll();
            e.execute(r);
        }
    }
}
public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    public AbortPolicy() { }
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
                                             " rejected from " +
                                             e.toString());
    }
}
public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    public CallerRunsPolicy() { }
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        if (!e.isShutdown()) {
            r.run();
        }
    }
}

如果想要实现自己的拒绝策略，那么实现RejectedExecutionHandler接口即可。

三、线程池的执行流程

如下图：

查看源码执行流程，execute()方法：

public void execute(Runnable command) {
    //传入的任务是否为空
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    /*
     * Proceed in 3 steps:
     *
     * 1. 如果运行的线程数小于corePoolSize，则创建新的线程（线程池状态为正在运行的状态）。
     *
     * 2. 如果任务排队成功，仍然需要检查线程池的状态，如果不是可运行的状态则回滚刚刚的操作。
     *
     * 3. 如果排队失败，则尝试添加新的线程，如果已经达到线程池最大数量，则执行拒绝策略。
     */
     //判断线程数是否小于核心线程数
    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        //如果小于，新增一个线程来执行
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    //如果核心线程数已满，则向阻塞队列中添加任务
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    //如果添加失败，则创建线程至最大值
    else if (!addWorker(command, false))
        //如果创建失败，则执行拒绝策略
        reject(command);
}

四、线程池的状态

查看源码，发现线程池有五种状态，如下：

// runState is stored in the high-order bits
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

RUNNING，运行状态，线程池创建完成后就是运行状态。
SHUTDOWN，关闭状态，执行shutdown()方法后进入此状态，继续处理队列中的任务，但是不再接收新的任务。
STOP，停止状态，shutdownNow()方法后进入此状态，不处理队列中的任务，也不接收新的任务。
TIDYING，整理状态，运行的线程数为0，队列中任务为空时，则进入此状态，进入此状态后会执行terminated()方法，进入销毁状态。
TERMINATED，销毁状态，执行terminated()方法，进入此状态。

状态转换如下图：

五、Java提供的快速创建的线程池

Executors提供了几种快速创建的线程池：

newSingleThreadExecutor，只有一个线程的线程池

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

newFixedThreadPool，固定线程数量的线程池

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

newCachedThreadPool，可缓存的线程池，即不限制线程数量的线程池。

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

newScheduledThreadPool，定时线程池，可周期性或延迟执行任务的线程池(使用延时队列)。

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

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

newSingleThreadScheduledExecutor，单个线程的定时线程池，功能和上面一样。

public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
    return new DelegatedScheduledExecutorService
        (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
}