Java线程池 详解(图解)

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前言

 

Java中的线程池十分重要,无论是在实际应用中还是应对面试

一、线程池原理

1.1 使用线程池的好处

第一:降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。

第二: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。

第三:提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制地创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。

1.2 线程池的实现原理

当向线程池提交任务后,线程池会按下图所示流程去处理这个任务

1)线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进入下个流程。

2)线程池判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程。

3)线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

对应到代码层面就是ThreadPoolExecutor执行execute()方法。如下图所示:

1)如果当前运行的线程少于corePoolSize,则创建新线程来执行任务(注意,执行这一步骤需要获取全局锁)。

2)如果运行的线程等于或多于corePoolSize,则将任务加入BlockingQueue。

3)如果无法将任务加入BlockingQueue(队列已满),则创建新的线程来处理任务(注意,执行这一步骤需要获取全局锁)。

4)如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize,任务将被拒绝,并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。根据不同的拒绝策略去处理。

ThreadPoolExecutor采取上述步骤的总体设计思路,是为了在执行execute()方法时,尽可能地避免获取全局锁(那将会是一个严重的可伸缩瓶颈)。

在ThreadPoolExecutor完成预热之后(当前运行的线程数大于等于corePoolSize),几乎所有的execute()方法调用都是执行步骤2,而步骤2不需要获取全局锁。

二、线程池的使用

2.1 创建线程池

我们可以通过ThreadPoolExecutor构造方法来创建一个线程池。

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

介绍一下这几个参数:

1)corePoolSize(线程池的基本大小):当提交一个任务到线程池时,如果当前poolSize<corePoolSize时,线程池会创建一个线程来执行任务,即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程,等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法,线程池会提前创建并启动所有基本线程。

2)maximumPoolSize(线程池最大数量):线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了,并且已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。值得注意的是,如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。

3)keepAliveTime(线程活动保持时间):线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。所以,如果任务很多,并且每个任务执行的时间比较短,可以调大时间,提高线程的利用率。

4)TimeUnit(线程活动保持时间的单位):可选的单位有天(DAYS)、小时(HOURS)、分钟(MINUTES)、毫秒(MILLISECONDS)、微秒(MICROSECONDS,千分之一毫秒)和纳秒(NANOSECONDS,千分之一微秒)。

5)runnableTaskQueue(任务队列):用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下几个阻塞队列。

  • ArrayBlockingQueue:是一个基于数组结构的有界阻塞队列,此队列按FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。
  • LinkedBlockingQueue:一个基于链表结构的阻塞队列,此队列按FIFO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一个线程调用移除操作,否则插入操作一直处于阻塞状态,吞吐量通常要高于Linked-BlockingQueue,静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。
  • PriorityBlockingQueue:一个具有优先级的无限阻塞队列。

6)ThreadFactory:用于设置创建线程的工厂,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。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线程池里的线
程设置有意义的名字,代码如下。

new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build();

7)RejectedExecutionHandler(饱和策略):当队列和线程池都满了,说明线程池处于饱和状态,那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy,表示无法处理新任务时抛出异常。在JDK 1.5中Java线程池框架提供了以下4种策略。

  • AbortPolicy:直接抛出异常。
  • CallerRunsPolicy:只用调用者所在线程来运行任务。
  • DiscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务。
  • DiscardPolicy:不处理,丢弃掉。

当然,也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

2.2 向线程池提交任务

可以使用两个方法向线程池提交任务,分别为execute()和submit()方法。这两个方法的区别就是,execute()用于提交不需要返回值的任务,submit()方法用于提交需要返回值的任务。

execute方法:

execute()方法用于提交不需要返回值的任务,所以无法判断任务是否被线程池执行成功。通过以下代码可知execute()方法输入的任务是一个Runnable类的实例。

threadsPool.execute(new Runnable() {   @Overridepublic void run() {// TODO Auto-generated method stub}});

submit方法:

线程池会返回一个future类型的对象,通过这个future对象可以判断任务是否执行成功,并且可以通过future的get()方法来获取返回值,get()方
法会阻塞当前线程直到任务完成,而使用get(long timeout,TimeUnit unit)方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回,这时候有可能任务没有执行完。

Future<Object> future = executor.submit(haveReturnValuetask);try {Object s = future.get();} catch (InterruptedException e) {// 处理中断异常} catch (ExecutionException e) {// 处理无法执行任务异常} finally {// 关闭线程池executor.shutdown();}

2.3 关闭线程池

可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工作线程,然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程,所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。

但是它们存在一定的区别,shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP,然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程,并返回等待执行任务的列表,而shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态,然后中断所有没有正在执行任务的线程。

只要调用了这两个关闭方法中的任意一个,isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后,才表示线程池关闭成功,这时调用isTerminaed方法会返回true。

至于应该调用哪一种方法来关闭线程池,应该由提交到线程池的任务特性决定,通常调shutdown方法来关闭线程池,如果任务不一定要执行完,则可以调用shutdownNow方法。

2.4 实例Demo

 

(1)首先构造一个线程池,用ArrayBlockingQueue作为其等待队列,队列初始化容量为1。该线程池核心容量为 10,最大容量为20,线程存活时间为1分钟。

static BlockingQueue blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(1);static ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor=new ThreadPoolExecutor(10, 20, 1, TimeUnit.MINUTES, blockingQueue);

(2)另外构造了一个实现Runable接口的类TaskBusyWithoutResult类,其模拟一个繁忙的任务:

static class TaskBusyWithoutResult implements Runnable{   public TaskBusyWithoutResult()   {   }   @Override   public void run()    {       System.out.println("线程"+Thread.currentThread()+"开始运行");       int i=10000*10000;       while(i>0)       {           i--;       }       System.out.println("线程"+Thread.currentThread()+"运行结束");   }}

(3)向线程池提交20个任务,执行任务

public static void main(String[] args) {    for (int i = 0; i < 20; i++) {        Runnable runnable = new TaskBusyWithoutResult();        threadPoolExecutor.submit(runnable);    }}

原文地址:https://www.cnblogs.com/hahajava/p/10268450.html

时间: 2024-10-09 20:51:52

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