Java 并发之线程池

上一篇 / 下一篇  2020-09-08 10:46:51

  线程池的作用
  池化技术是一种很常见的计算机技术,主要是为了复用和提高性能,如内存池、连接池、对象池等。线程池也不例外,他的主要作用如下:
  ·提高性能:线程的频繁创建和销毁会产生的很大的系统开销,线程池中的线程复用可以大幅度的减少这种不必要的开销。
  ·复用和管理:方便对池子中的线程进行管理和复用,避免在生产环境中大量的创建线程。
  ·解耦:只暴露提交任务的接口,将线程池的创建、销毁等工作与业务解耦。
  JDK 在并发包中为我们定义了一套 Executor 框架,帮助开发人员有效地进行线程控制,有基础的线程池类、有线程池工厂,但是最最重要还是 ThreaPoolExecutor,也是面试中最常问的知识点。本文重点介绍 ThreaPoolExecutor 的原理。
  线程池的参数说明
  ThreaPoolExecutor( 
      int corePoolSize, 
      long keepAliveTime, 
      TimeUnit unit, 
      BlockingQueue<Runnable> workQueue, 
      ThreadFactory threadFactory, 
      RejectedExecutionHandler handler) 
  ) 
  ThreaPoolExecutor 参数的含义如下
  ·corePoolSize: 线程池中核心线程的数量。
  ·maximumPoolSize: 线程池中的最大线程数量。
  ·keepAliveTime: 当线程池数量超过 corePoolSize 时,多余的空闲线程的存活时间。即超过 coolPoolSize 的空闲线程在 多长时间内,会被销毁。
  ·unit: keepAliveTime 的单位,可以为 时、分、秒等多种值。
  ·workQueue: 任务队列,存放被提交但尚未被执行的任务。
  ·threadFactory: 线程工厂,用于创建线程,一般用默认即可。
  ·handler: 拒绝策略,当线程池处理不过来任务时,如何拒绝任务。
  以上参数中 workQueue、threadFactory、handler 相对复杂,需要单独介绍,下面主要介绍下 ThreadFactory 和 RejectedExecutionHandler
  1. 线程工厂:ThreadFactory
  线程池中的线程都由 TrheadFactory 定义的线程工厂来创建,它是一个接口只有 Thread newThread(Runnable r) 方法,用来创建线程。虽然创建 ThreadPoolExecutor 的时候可以不指定该参数,但是阿里巴巴编码规约建议最好指定该参数,有以下几个好处:
  ·跟踪线程池在何时、创建了多少线程。
  ·可以自定义线程池的名称、组以及优先级等信息。
  ·设置线程的其他状态等,如守护进程。
  2. 拒绝策略:RejectedExecutionHandler
  当线程池线程数量达到 maxPoolSize 大小时,再提交新的任务会执行拒绝策略,JDK 定义了四种拒绝策略:
  ·AbortPolicy 该策略直接抛出异常
  ·CallerRunsPolicy 调用者线程处理任务,该策略并不是真正的丢弃任务,会让当前线程来执行被抛弃的任务,由于只有一个线程,所有的任务会被串行执行。
  ·DiscardOldestPolicy 丢弃最老的一个请求,即队列头部的即将被执行的任务,并尝试再次提交当前任务。
  ·DiscardPolicy 该策略默默丢弃无法处理的任务。
  以上四种拒绝策略都继承了接口 RejectedExecutionHandler 并实现该接口的 rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) 方法。如果以上四种拒绝策略都满足不了你的需求,可以自定义拒绝策略,继承接口 RejectedExecutionHandler 并实现方法即可。
  线程池的调度逻辑
  ThreaPoolExecutor 对提交的任务处理逻辑如下图:
  1. 提交任务时:
  ·如果线程池中的线程数小于 corePoolSize (无论是否有空闲线程),创建新的线程(谓之核心线程)来处理。
  ·如果线程池中的线程数已经大于或者 corePoolSize ,新提交的任务将被放置到等候队列中,等待调度。
  ·如果等待队列已满,并且线程池中的线程数量小于 maxPoolSize,将继续创建新线程处理任务。
  ·如果队列已满且线程数量也达到了上限,将使用拒绝策略来处理。
  2. 任务进行中时:
  当队列中的任务已经执行完,部分线程开始空闲,非核心线程会在空闲后的 keepAliveTime 的时间内自行销毁。
  而空闲核心线程是否退出取决于线程池的另一个参数 allowCoreThreadTimeOut 。当配置为 true 的时候,即使是核心线程,超时也会退出。
  线程池的生命周期
  线程池同线程一样也有自己的生命周期,包括 RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING 和 TERMINATED 五种状态,他们的转换关系如下图,并且这些转换时不可逆的。
  1. RUNNING
  该状态是线程池的工作状态,能够接受新任务以及对接受的任务进行处理。线程池的初始状态,即线程创建成功后就处理此状态。
  2. SHUTDOWN
  关闭状态,线程池不再接受新的任务,但是能继续处理提交到线程池中的任务。线程状态 RUNNING 的情况下调用 shutdown() 方法进入该状态。
  3. STOP
  停止状态,线程池不接受新的任务,也不处理阻塞队列中的任务,同时会中断正在执行任务的线程。在线程处于 RUNNING 或者 SHUTDOWN 状态下调用 shutdownNow() 方法进入该状态。
  4. TIDYING
  所有任务都销毁了,workCount 为 0,会自动从 RUNNING 或者 STOP 状态转化为 TIDYING 状态。在转换过程中会调用 terminated() 方法,ThreadPoolExecutor 类的 ternimated() 方法为空,如果想在线程池变成 TIDYING 的时候有所处理,可以重载该方法。
  线程池在 SHUTDOWN 状态下,阻塞队列为空并且执行任务为空时转换为 TIDYING 状态;线程池在 STOP 状态下,执行的任务为空时转换为 TIDYING 状态。
  5. TERMINATED
  结束状态,线程池的最终状态,该状态的线程池不会再有任何操作。线程池执行 terminated() 方法后处于该状态。
  JDK 四种线程池
  了解 ThreaPoolExecutor 的基本原理后再来看看 JDK 在 Executors 中为开发人员定义的四个线程池工厂方法,其实它们内部调用的是 ThreaPoolExecutor,只是使用了不同的参数,下面来了解下它们的特性。
  newFixedThreadPool() 方法:该方法返回一个固定线程池数量的线程,提交任务时如果线程池中有空闲线程,则立即执行,没有则新的任务会被缓存在一个任务队列中,它创建线程池的代码如下:
  public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nthread) { 
    return new ThreadPoolExecutor(nthread,  
                                  nthread,  
                                  0L,  
                                  TimeUnit.MILLSECCONDS,  
                                  new LikedBlockingQueue<Runnable>()) 
  } 
  newSingleThreadExecutor() 方法:该方法返回只有一个线程的线程池,如果多余的任务提交到线程池,则被提交到任务队列中。它创建线程池代码如下:
  public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { 
    return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1,  
                                                                          1, 
                                                                          0L, TimeUnit.MILLISECONDS, 
                                                                          new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); 
  }
  newCachedThreadPool() 方法:该方法返回一个可根据实际情况调整线程数的线程池,它的核心线程数为 0 ,线程总数为 Integer.MAX_VALUE ,队列采用的是 SynchronousQueue,这样即使线程满,任务也不能提交到队列中。
  public static ExecutorService newCachedThreadPool() { 
          return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 
                                        60L, TimeUnit.SECONDS, 
                                        new SynchronousQueue<Runnable>()); 
      } 
  newScheduledThreadPool():该方法一个固定长度的线程池,并且以延迟或者定时的方式去执行任务。它的队列使用 DelayedWorkQueue,所以任务必须继承 Delay 接口。
  public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) { 
      return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize); 
  } 
   
  public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) { 
      super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, 
            new DelayedWorkQueue()); 
  } 

TAG: 软件开发 Java

 

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  • 更新时间: 2021-11-18

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