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线程池详解

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线程池详解

一、为什么要用线程池

        线程池解决的核心问题就是资源管理问题。在并发环境下,系统不能够确定在任意时刻中,有多少任务需要执行,有多少资源需要投入。这种不确定性将带来以下若干问题:

1)频繁申请/销毁资源和调度资源,将带来额外的消耗,可能会非常巨大。

2)对资源无限申请缺少抑制手段,易引发系统资源耗尽的风险。

3)系统无法合理管理内部的资源分布,会降低系统的稳定性。

        为解决资源分配这个问题,线程池采用了“池化”(Pooling)思想。池化,顾名思义,就是将资源统一在一起管理的一种思想。

二、线程池的核心参数

        Java中的线程池核心实现类是ThreadPoolExecutor,ThreadPoolExecutor实现的顶层接口是Executor,顶层接口Executor提供了一种思想:将任务提交和任务执行进行解耦。用户无需关注如何创建线程,如何调度线程来执行任务,用户只需提供Runnable对象,将任务的运行逻辑提交到执行器(Executor)中,由Executor框架完成线程的调配和任务的执行部分。ThreadPoolExecutor,主要构造方法:

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

corePoolSize:核心线程大小,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,即使有其他空闲线程可以处理任务也会创新线程,等到工作的线程数大于核心线程数时就不会在创建了。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法,线程池会提前把核心线程都创造好,并启动

maximumPoolSize:线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了,并且以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。如果我们使用了无界队列,那么所有的任务会加入队列,这个参数就没有什么效果了

keepAliveTime:线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。如果没有任务处理了,有些线程会空闲,空闲的时间超过了这个值,会被回收掉。如果任务很多,并且每个任务的执行时间比较短,避免线程重复创建和回收,可以调大这个时间,提高线程的利用率。

unit:keepAliveTIme的时间单位,可以选择的单位有天、小时、分钟、毫秒、微妙、千分之一毫秒和纳秒。类型是一个枚举java.util.concurrent.TimeUnit,这个枚举也经常使用,有兴趣的可以看一下其源码

workQueue:工作队列,用于缓存待处理任务的阻塞队列,常见的有4种,后面有介绍

threadFactory:线程池中创建线程的工厂,可以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

handler:饱和策略,当线程池无法处理新来的任务了,那么需要提供一种策略处理提交的新任务,默认有4种策略,文章后面会提到

三、任务调度流程

(1)如果当前工作线程数量小于核心线程数量,执行器总是优先创建一个任务线程,而不是从线程队列中获取一个空闲线程。

(2)如果线程池中总的任务数量大于核心线程池数量,新接收的任务将被加入阻塞队列中,一直到阻塞队列已满。在核心线程池数量已经用完、阻塞队列没有满的场景下,线程池不会为新任务创建一个新线程。

(3)当完成一个任务的执行时,执行器总是优先从阻塞队列中获取下一个任务,并开始执行,一直到阻塞队列为空,其中所有的缓存任务被取光。

(4)在核心线程池数量已经用完、阻塞队列也已经满了的场景下,如果线程池接收到新的任务,将会为新任务创建一个线程(非核心线程),并且立即开始执行新任务。

(5)在核心线程都用完、阻塞队列已满的情况下,一直会创建新线程去执行新任务,直到池内的线程总数超出maximumPoolSize。如果线程池的线程总数超过maximumPoolSize,线程池就会拒绝接收任务,当新任务过来时,会为新任务执行拒绝策略。

四、线程池中常见工作队列

ArrayBlockingQueue:是一个基于数组结构的有界阻塞队列,此队列按照先进先出原则对元素进行排序

LinkedBlockingQueue:是一个基于链表结构的阻塞队列,此队列按照先进先出排序元素,吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool使用了这个队列。

SynchronousQueue :一个不存储元素的阻塞队列,每个插入操作必须等到另外一个线程调用移除操作,否则插入操作一直处理阻塞状态,吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue,静态工厂方Executors.newCachedThreadPool使用这个队列

PriorityBlockingQueue:优先级队列,进入队列的元素按照优先级会进行排序

五、四种常见饱和策略

1.AbortPolicy 当任务添加到线程池中被拒绝时,它将抛出 RejectedExecutionException 异常。(该策略下,直接丢弃任务,并抛出RejectedExecutionException异常)

2.DiscardPolicy 当任务添加到线程池中被拒绝时,默认情况下它将丢弃被拒绝的任务。(即该策略下,直接丢弃任务,什么都不做)

3.DiscardOldestPolicy 当任务添加到线程池中被拒绝时,线程池会放弃等待队列中最旧的未处理任务,然后将被拒绝的任务添加到等待队列中。 (该策略下,抛弃进入队列最早的那个任务,然后尝试把这次拒绝的任务放入队列)

4.CallerRunsPolicy 不进入线程池执行,在这种方式(CallerRunsPolicy)中,任务将由调用者线程去执行。 (用于被拒绝任务的处理程序,它直接在 execute 方法的调用线程中运行被拒绝的任务)

六、Executors工厂

线程池主要有三类

1)用于创建立即执行的线程池ThreadPoolExecutor。

2)用于创建执行定时任务类线程池ScheduledThreadPoolExecutor。

3)在 jdk1.7引入的基于fork/join框架的分治线程池ForkJoinPool。

基于这3种线程池实现类,Executors为我们提供了6种可以快速创建的线程池分别是:

1、FixedThreadPool
2、CachedThreadPool
3、ScheduledThreadPool
4、SingleThreadExecutor
5、SingleThreadScheduledExecutor
6、WorkStealingPool

1.FixedThreadPool

        它的核心线程数和最大线程数是一样的,所以可以把它看作是固定线程数的线程池,它的特点是线程池中的线程数除了初始阶段需要从 0 开始增加外,之后的线程数量就是固定的,就算任务数超过线程数,线程池也不会再创建更多的线程来处理任务,而是会把超出线程处理能力的任务放到任务队列中进行等待。而且就算任务队列满了,到了本该继续增加线程数的时候,由于它的最大线程数和核心线程数是一样的,所以也无法再增加新的线程了。

2.CachedThreadPool

可以称作可缓存线程池,它的特点在于线程数是几乎可以无限增加的(实际最大可以达到 Integer.MAX_VALUE,为 2^31-1,这个数非常大,所以基本不可能达到),而当线程闲置时还可以对线程进行回收。也就是说该线程池的线程数量不是固定不变的,当然它也有一个用于存储提交任务的队列,但这个队列是 SynchronousQueue,队列的容量为0,实际不存储任何任务,它只负责对任务进行中转和传递,所以效率比较高。

        当我们提交一个任务后,线程池会判断已创建的线程中是否有空闲线程,如果有空闲线程则将任务直接指派给空闲线程,如果没有空闲线程,则新建线程去执行任务,这样就做到了动态地新增线程。

3.ScheduledThreadPool

它支持定时或周期性执行任务,它通过使用了延时队列来实现了调度的功能。

4.SingleThreadExecutor

它会使用唯一的线程去执行任务,原理和 FixedThreadPool 是一样的,只不过这里线程只有一个,如果线程在执行任务的过程中发生异常,线程池也会重新创建一个线程来执行后续的任务。这种线程池由于只有一个线程,所以非常适合用于所有任务都需要按被提交的顺序依次执行的场景,而前几种线程池不一定能够保障任务的执行顺序等于被提交的顺序,因为它们是多线程并行执行的。

5.SingleThreadScheduledExecutor

它只是 ScheduledThreadPool 的一个特例,内部只有一个线程。

6.WorkStealingPool

这个线程池是在 JDK 8 加入的,它使用的是JDK7中新加入的基于Fork/Join框架的线程池ForkJoinPool,主要用法和之前的线程池是相同的,也是把任务交给线程池去执行,线程池中也有任务队列来存放任务。参数parallelism表示并行度,可以理解为线程数,默认使用系统CPU可用的处理器数量作为最大线程数,也可以自定义设置,他的最大值是0x7FFF,也就是32767。

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