Java 并发编程 | 线程池详解
原文: https://chenmingyu.top/concurrent-threadpool/
线程池
线程池用来处理异步任务或者并发执行的任务
优点：
- 重复利用已创建的线程，减少创建和销毁线程造成的资源消耗
- 直接使用线程池中的线程，提高响应速度
- 提高线程的可管理性，由线程池同一管理
ThreadPoolExecutor
java中线程池使用ThreadPoolExecutor实现
构造函数
ThreadPoolExecutor提供了四个构造函数，其他三个构造函数最终调用的都是下面这个构造函数
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.acc = System.getSecurityManager() == null ?
null :
AccessController.getContext();
this.corePoolSize = corePoolSize;
this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
this.workQueue = workQueue;
this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
this.threadFactory = threadFactory;
this.handler = handler;
}
入参：
-
corePoolSize：线程池的核心线程数量线程池维护的核心线程数量，当线程池初始化后，核心线程数量为零，当有任务来到的时候才会创建线程去执行任务，当线程池中的工作线程数量等于核心线程数量时，新到的任务就会放到缓存队列中
-
maximumPoolSize：线程池允许创建的最大线程数量当阻塞队列满了的时候，并且线程池中创建的线程数量小于
maximumPoolSize，此时会创建新的线程执行任务 -
keepAliveTime：线程活动保持时间只有当线程池数量大于核心线程数量时，
keepAliveTime才会有效，如果当前线程数量大于核心线程数量时，并且线程的空闲时间达到keepAliveTime，当前线程终止，直到线程池数量等于核心线程数 -
unit：线程活动保持时间的单位keepAliveTime的单位，包括：TimeUnit.DAYS天，TimeUnit.HOURS小时，TimeUnit.MINUTES分钟，TimeUnit.SECONDS秒，TimeUnit.MILLISECONDS毫秒，TimeUnit.MICROSECONDS微秒，TimeUnit.NANOSECONDS纳秒 -
workQueue：任务队列，用来保存等待执行任务的阻塞队列ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界队列LinkedBlockingQueue：是一个基于链表结构的阻塞队列SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，每一个插入操作必须等到下一个线程调用移除操作，否则插入操作一直阻塞PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无线阻塞队列 -
threadFactory：用来创建线程的工厂 -
handler：饱和策略，当线程池和队列都满了的时候，必须要采取一种策略处理新的任务，默认策略是AbortPolicy，根据自己需求选择合适的饱和策略AbortPolicy：直接抛出异常CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来运行当前任务DiscardOldestPolicy：丢弃队列里面最近的一个任务，并执行当前任务DiscardPolicy：不处理，丢弃掉当然我们也可以通过实现
RejectedExecutionHandler去自定义实现处理策略
入参不同，线程池的运行机制也不同，了解每个入参的含义由于我们更透传的理解线程池的实现原理
提交任务
线程池处理提交任务流程如下
处理流程：
- 如果核心线程数量未满，创建线程执行任务，否则添加到阻塞队列中
- 如果阻塞队列中未满，将任务存到队列里
- 如果阻塞队列满了，看线程池数量是否达到了线程池最大数量，如果没达到，创建线程执行任务
- 如果已经达到线程池最大数量，根据饱和策略进行处理
ThreadPoolExecutor使用execute(Runnable command)和submit(Runnable task)向线程池中提交任务，在submit(Runnable task) 方法中调用了execute(Runnable command)，所以我们只要了解execute(Runnable command)
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
// 获取线程池状态，并且可以通过ctl获取到当前线程池数量及线程池状态
int c = ctl.get();
// 如果工作线程数小于核心线程数量，则创建一个新线程执行任务
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
// 如果不符合上面条件，当前线程处于运行状态并且写入阻塞队列成功
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
// 双重检查，再次获取线程状态，如果当前线程状态变为非运行状态，则从队列中移除任务，执行拒绝策略
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
// 检查工作线程数量是否为0
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
//创建线程执行任务，如果添加失败则执行拒绝策略
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
execute(Runnable command)方法中我们比较关心的就是如何创建新的线程执行任务，就addWorker(command, true)方法
workQueue.offer(command)方法是用来向阻塞队列中添加任务的
reject(command)方法会根据创建线程池时传入的饱和策略对任务进行处理，例如默认的AbortPolicy，查看源码后知道就是直接抛了个RejectedExecutionException异常，其他的饱和策略的源码也是特别简单
关于线程池状态与工作线程的数量是如何表示的
在ThreadPoolExecutor中使用一个AtomicInteger类型变量表示
/**
* ctl表示两个信息，一个是线程池的状态（高3位表示），一个是当前线程池的数量（低29位表示），这个跟我们前面 * 说过的读写锁的state变量是一样的，以一个变量记录两个信息，都是以利用int的32个字节，高十六位表述读，低十 * 六位表示写锁
*/
private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
//低29位保存线程池数量
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
//线程池最大容量
private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// 运行状态存储在高3位
// 运行状态
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;
addWorker(command, boolean)创建工作线程，执行任务
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
retry:
for (;;) {
int c = ctl.get();
// 线程池状态
int rs = runStateOf(c);
// 判断线程池状态，以及阻塞队列是否为空
if (rs >= SHUTDOWN &&
! (rs == SHUTDOWN &&
firstTask == null &&
! workQueue.isEmpty()))
return false;
for (;;) {
// 获取线程工作线程数量
int wc = workerCountOf(c);
// 判断是否大于最大容量，以及根据传入的core判断是否大于核心线程数量还是最大线程数量
if (wc >= CAPACITY ||
wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
return false;
// 增加工作线程数量
if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
break retry;
c = ctl.get(); // Re-read ctl
//如果线程池状态改变，则重试
if (runStateOf(c) != rs)
continue retry;
// else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
}
}
boolean workerStarted = false;
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
// 创建Worker,内部创建了一个新的线程
w = new Worker(firstTask);
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
// Recheck while holding lock.
// Back out on ThreadFactory failure or if
// shut down before lock acquired.
int rs = runStateOf(ctl.get());
// 线程池状态判断
if (rs < SHUTDOWN ||
(rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
throw new IllegalThreadStateException();
// 将创建的线程添加到线程池
workers.add(w);
int s = workers.size();
if (s > largestPoolSize)
largestPoolSize = s;
workerAdded = true;
}
} finally {
mainLock.unlock();
}
if (workerAdded) {
//执行任务，首先会执行Worker对象的firstTask
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
//如果任务执行失败
if (! workerStarted)
//移除worker
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}
关闭线程池
ThreadPoolExecutor中关闭线程池使用shutdown()和shutdownNow()方法，原理都是通过遍历线程池中的线程，对线程进行中断
for (Worker w : workers) {
Thread t = w.thread;
if (!t.isInterrupted() && w.tryLock()) {
try {
t.interrupt();
} catch (SecurityException ignore) {
} finally {
w.unlock();
}
}
if (onlyOne)
break;
}
Executor框架
Executor框架将任务的提交与任务的执行进行分离
Executors 提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了 ExecutorService 接口
工厂方法：
newFixedThreadPool：用于创建固定数目线程的线程池newCachedThreadPool：用于创建一个可缓存的线程池，调用execute将重用以前构造的线程，如果现有线程没有可用的，则创建一个新线 程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程newSingleThreadExecutor：用于创建只有一个线程的线程池newScheduledThreadPool：用于创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池
在阿里巴巴手册中强制要求禁止使用Executors 提供的工厂方法创建线程池
这个确实是一个很严重的问题，我们部门曾经就出现过使用FixedThreadPool线程池，导致OOM，这是因为线程执行任务的时候被阻塞或耗时很长时间，导致阻塞队列一直在添加任务，直到内存被打满，报OOM
所以我们在使用线程池的时候要使用ThreadPoolExecutor的构造函数去创建线程池，根据自己的任务类型来确定核心线程数和最大线程数，选择适合阻塞队列和阻塞队列的长度
合理配置线程池
合理的配置线程池需要分析一下任务的性质（使用ThreadPoolExecutor创建线程池）：
-
CPU密集型任务应配置竟可能小的线程，比如 cpu数量+1
-
IO密集型任务并不是一直在执行任务，应该配置尽可能多的线程，比如 cpu数量x2
可通过
Runtime.getRuntime().availableProcessors()获取cpu数量 -
执行的任务有调用外部接口比较费时的时候，这时cup空闲的时间就越长，可以将线程池数量设置大一些，这样cup空闲的时间就可以去执行别的任务
-
建议使用有界队列，可根据需要将长度设置大一些，防止OOM
参考：java并发编程的艺术
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