Java 线程池

简介

线程池做的工作主要是控制运行的线程的数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，超出数量的线程排队等候，等其它线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。

主要特点：线程复用；控制最大并发数；管理线程；

降低资源消耗，通过重复利用己创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
提高响应速度，当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
提高线程的可管理性，线程是稀缺资源，如果不限制的创创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程可以进行统一分配，调优和监控。

Java 中的线程池是通过 Executor 框架实现的，该框架中用到了 Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor 这几个类。

主要实现类

newFixedThreadPool

源码

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

创建一个 定长线程池 ，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。

newFixedThreadPool 创建的线程 corePoolSize 和 maximumPoolSize 值是相等的，他使用的 LinkedBlockingQueue;

执行长期的任务，性能好很好。

实践

public class MyThreadPoolDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 一池 5 个处理线程
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        // 模拟 10 个用户来办理业务，每个用户就是一个来自外部的请求线程
        try {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t办理业务！");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

newSingleThreadExecutor

源码

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

创建一个 单线程话的线程池 ，他只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序执行。

newSingleThreadExecutor 创建的线程 corePoolSize 和 maximumPoolSize 值都设置为 1，他使用的 LinkedBlockingQueue;

一个任务一个任务执行的场景。

实践

public static void main(String[] args) {
        // 一池 1 个处理线程
        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        // 模拟 10 个用户来办理业务，每个用户就是一个来自外部的请求线程
        try {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t办理业务！");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }
}

newCachedThreadPool

源码

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

创建一个 可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
newCachedThreadPool 将 corePoolSize 设置为0，将 maximumPoolSize 设置为Integer.MAX_VALUE，使用的SynchronousQueue，也就是说来了任务就创建线程运行，当线程空闲超过60秒，就销毁线程。

执行很多短期异步的小程序或者负载较轻的服务器。

实践

public static void main(String[] args) {
        // 一池 1 个处理线程
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        // 模拟 10 个用户来办理业务，每个用户就是一个来自外部的请求线程
        try {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t办理业务！");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }
}

newScheduledThreadPool

源码

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

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

创建一个线程池，可以安排命令在给定延迟后运行，或定期执行。核心线程数由用户自定义, 最大线程数为 integer的最大值,存活时间为 0.

重要参数

corePoolSize：线程池中常驻核心线程数。一直存在除非(allowCoreThreadTimeOut)

在创建了线程池后，当有请求任务来之后，就会安排池中的线程去执行请求任务，近似理解为今日当值线程。

当线程池中的线程数目达到 corePoolSize 后，就会把到达的任务放到缓存队列当中；

maximumPoolSize：线程池能够容纳同时执行的最大线程数，控制资源, 此值必须大于等于1；

keepAliveTime：多余的空闲线程(maximumPoolSize - maximumPoolSize)的存活时间。

当前线程池数量超过 corePoolSize 时，当空闲时间达到 keepAliveTime 值时，多余空闲线程会被销毁直到只剩下 corePoolSize 个线程为止。

unit：keepAliveTime 的时间单位。

workQueue： 阻塞队列,如果任务有很多, 就会将目前多的任务放在队列里面,. 只要有线程空闲, 就回去队列里面取出新的任务执行。此队列将仅保存由 execute 方法提交的Runnable 任务。

threadFactory：执行器创建新线程时使用的工厂，一般默认。

handler：由于达到线程边界和队列容量而阻塞执行时要使用的处理程序。

工作原理

在创建了线程池后，等待提交过来的任务请求。
当调用 execute() 方法添加一个请求任务时，线程池会做如下判断
1. 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSizze，那么马上创建线程运行这个任务；
2. 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列；
3. 如果这时候队列满了且正在运行的线程数量还小于 maximumPoolSize ，那么要创建非核心线程立刻运行这个任务。
4. 如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于maximumPoolSize，那么线程池启动饱和拒绝策略来执行。
当一个线程完成任务时，他会从队列中取下一个任务来执行。
当一个线程无事可做超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断。
1. 如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。
2. 所以线程池的所有任务完成后它最最终会收缩到 corePoolSize 的大小 ；

线程池的拒绝策略

简介

等待队列已经排满了，再也塞不下新任务了，同时，线程池中的 maximumPoolSize 线程也达到了，无法继续为新任务服务。

这个时候我们就需要拒接策略机制合理的处理这个问题。

jdk 的拒绝策略

AbortPolicy：直接抛出 RejectedExecutionException 异常阻止系统正常运行。

CallerRunsPolicy：“调用者运行”一种调节机制，该策略既不会抛弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者。

DiscardOldestPolicy：抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加入队列中尝试再次提交当前任务。

DiscardPolicy：直接丢弃任务，不予任何处理也不抛出异常。如果允许任务丢失，这是最好的一种方案。

自定义线程池

实践

public class MyThreadPoolDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 一池 5 个处理线程
        ExecutorService threadPool =
                new ThreadPoolExecutor(2,
                        5,
                        1L,
                        TimeUnit.SECONDS,
                        new LinkedBlockingQueue <Runnable>(3),
                        Executors.defaultThreadFactory(),
                        new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
        try {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t办理业务！");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

如何合理的配置线程数

首先要判断自己的业务场景是CPU 密集型 还是 I/O 密集型，然后还要根据自己的服务器的配置去进行设置。

Java 中通过 Runtime.getRuntime().availableProcessors() 来获得 CPU 核数。

CPU 密集型

CPU 密集的意思就是该任务需要大量的运算，而没有阻塞，CPU 一直全速运行。

CPU 密集任务只有在真正的多核 CPU 上才可能得到加速（通过多线程）

而在单核 CPU，无论开几个模拟的多线程该任务都不可能得到加速，因为 CPU 总的运算能力就那些。

CPU 密集型任务配置尽可能少的线程数量；

一般公式：CPU 核数 + 1 个线程的线程池。

IO 密集型

IO密集型，即该任务需要大量的IO，即大量的阻塞。

在单线程上运行I0密集型的任务会导致浪费大量的CPU运算能力浪费在等待。

所以在IO密集型任务中使用多线程可以大大的加速程序运行，即使在单核CPU上，这种加速主要就是利用了被浪费掉的阻塞时间。

第一种：由于IO密集型任务线程并不是一直在执行任务，则应配置尽可能多的线程，如 CPU 核数 * 2；

第二种：参考公式：CPU 核数 / (1 - 阻塞系数(阻塞系数在0.8~0.9之间))

比如 8 核 CPU：8/(1-0.9)=80.

posted @ 2022-03-16 23:00 李小龙他哥阅读(44) 评论(0) 收藏举报

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李小龙他哥