Executor框架（三）线程池详细介绍与ThreadPoolExecutor

本文将介绍线程池的设计细节，这些细节与 ThreadPoolExecutor类的参数一一对应，所以，将直接通过此类介绍线程池。

ThreadPoolExecutor类简介

java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类，因此如果要透彻地了解Java中的线程池，必须先了解这个类。

ThreadPoolExecutor 的构造方法

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue);

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

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

注意： 几个参数的大小范围，corePoolSize >= 0,maximumPoolSize >= 1 ,keepAliveTime >= 0(keepAliveTime为0时，表示线程永久存活，即使空闲很长时间，也不会撤销)

线程池配置的各种参数以及策略

1. corePoolSize (核心池的大小)与 maximumPoolSize（线程池最大线程数）

ThreadPoolExecutor 将根据 corePoolSize 和 maximumPoolSize 设置的边界自动调整池大小。
池中线程的创建策略。 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。
数量固定的线程池。 如果设置的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 相同，则创建了固定大小的线程池。
线程池数量任意。 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。
动态更改大小。 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。

2. 线程创建的时机

默认情况下，即使核心线程最初只是在新任务到达时才创建和启动的
也可以使用方法 prestartCoreThread() 或 prestartAllCoreThreads() 对其进行动态重写。如果构造带有非空队列的池，则可能希望预先启动线程。

3. 线程创建的工厂方法 ThreadFactory

使用 ThreadFactory 创建新线程。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。

4. 保持活动时间 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,直到池中的数量减少到核心数。这提供了当池处于非活动状态时减少资源消耗的方法。
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) 方法调用后，也可将此超时策略应用于核心线程。

5. BlockingQueue 任务队列

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。
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。
如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。
任务队列的策略
- 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。
- 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。
- 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。

6. 被拒绝的任务的处理策略

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：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：如果执行程序尚未关闭，丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务。即直接在 execute 方法的调用线程中运行被拒绝的任务；

7. 队列维护

方法 getQueue() 允许出于监控和调试目的而访问工作队列。强烈反对出于其他任何目的而使用此方法。remove(java.lang.Runnable) 和 purge() 这两种方法可用于在取消大量已排队任务时帮助进行存储回收。

8. 钩子(hook)方法

此类提供 protected 可重写的 beforeExecute(Runnable) 和 afterExecute(Runnable, Throwable) 方法，这两种方法分别在执行每个任务之前和之后调用。它们可用于操纵执行环境；例如，重新初始化 ThreadLocal、搜集统计信息或添加日志条目。此外，还可以重写方法 terminated() 来执行 Executor 完全终止后需要完成的所有特殊处理。

@ Example1 钩子用法示例

此类的大多数扩展可以重写一个或多个受保护的钩子 (hook) 方法。例如，下面是一个添加了简单的暂停/恢复功能的子类：

 class PausableThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor {
   private boolean isPaused;
   private ReentrantLock pauseLock = new ReentrantLock();
   private Condition unpaused = pauseLock.newCondition();

   public PausableThreadPoolExecutor(...) { super(...); }
 
   protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
     super.beforeExecute(t, r);
     pauseLock.lock();
     try {
       while (isPaused) unpaused.await();
     } catch(InterruptedException ie) {
       t.interrupt();
     } finally {
       pauseLock.unlock();
     }
   }
 
   public void pause() {
     pauseLock.lock();
     try {
       isPaused = true;
     } finally {
       pauseLock.unlock();
     }
   }
 
   public void resume() {
     pauseLock.lock();
     try {
       isPaused = false;
       unpaused.signalAll();
     } finally {
       pauseLock.unlock();
     }
   }
 }

@ Example2 任务拒绝策略示例

下面的例子是通过传入各种参数，配置创建了一个ThreadPoolExecutor线程池实例，并向此线程池提交多个任务，而且任务的数量大于线程池的承受数量。

public class Test_29 {
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
	   SynchronousQueue<Runnable> queue = new SynchronousQueue<>();
	   MyThreadFactory threadFactory = new MyThreadFactory();
       //创建一个线程池
	   ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(2, 3, 60,TimeUnit.SECONDS,queue, threadFactory, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

       //向线程池提交四个任务   
	   for(int i=0;i<4;i++){
		   MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
		   poolExecutor.execute(myRunnable);
	   }
	   
	   //关闭线程池
	   poolExecutor.shutdown();
   }
}

//自定义的工厂方法
class MyThreadFactory implements ThreadFactory{

	static int number=0;
	final String BASE_NAME = "poolthread_";

	@Override
	public Thread newThread(Runnable r) {
		number++;
		//自定线程池的创建线程的工厂方法，这里指定线程池中的每个线程命名：poolthread_i
		Thread thread = new Thread(r,BASE_NAME+number);
		System.out.println("线程池创建了一个线程："+BASE_NAME+number);
		return thread;
	}
}

class MyRunnable implements Runnable{

	@Override
	public void run() {
		try {
			//休眠一秒，模拟线程的执行过程
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		//输出当前执行任务的线程的名称
        System.out.println("任务完成，执行任务的线程是："+Thread.currentThread().getName());	
	}
}

运行结果：

线程池创建了一个线程：poolthread_1
线程池创建了一个线程：poolthread_2
线程池创建了一个线程：poolthread_3
任务完成，执行任务的线程是：main
任务完成，执行任务的线程是：poolthread_2
任务完成，执行任务的线程是：poolthread_3
任务完成，执行任务的线程是：poolthread_1

注意此线程池的配置，队列用的是 SynchronousQueue ，即不会存储任务，都是要立即执行任务，所以此线程池的同一时间内只能最多接受3个任务。而例子一共提交了4个任务，由于拒绝任务的策略是ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy，所以被线程池拒绝执行的任务，就由main线程执行了。
拒绝任务的策略，除了JDK已经提供的四种外，还可以自定义策略，方法就是实现 RejectedExecutionHandler 接口

Executors 中提供了三种常用的ThreadPoolExecutor的创建：

1. FixedThreadPool 固定线程池

固定线程池的线程数量是固定的，由传入的参数决定。线程 keepAliveTime 为0，即不会因为空闲超时而关闭线程，同时队列是无边界的队列，不会发生任务丢弃。

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

2. SingleThreadPoolExcutor 单线程池
单线程池中线程数量固定为1.

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

3. CachedThreadPool 缓存线程池

缓存线程池的核心线程corePoolSize 数量为0，但是池中的最大线程数是无边界。空闲超时为60s，队列用了SynchronousQueue，即任务是立即交付运行的。

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

posted @ 2018-03-01 16:37 jinggod 阅读(3613) 评论(0) 编辑收藏举报

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