六、线程池（一）
线程池
通过建立池可以有效的利用系统资源，节约系统性能。Java 中的线程池就是一种非常好的实现，从 JDK1.5 开始 Java 提供了一个线程工厂 Executors 用来生成线程池，通过 Executors 可以方便的生成不同类型的线程池。
线程池的优点
- 降低资源消耗。线程的开启和销毁会消耗资源，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。
- 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的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，如果无限制的创建，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的分配，调优和监控。
常见的线程池
- CachedThreadPool：可缓存的线程池，该线程池中没有核心线程，非核心线程的数量为 Integer.max_value，就是无限大，当有需要时创建线程来执行任务，没有需要时回收线程，适用于耗时少，任务量大的情况。
- SecudleThreadPool：周期性执行任务的线程池，按照某种特定的计划执行线程中的任务，有核心线程，但也有非核心线程，非核心线程的大小也为无限大。适用于执行周期性的任务。
- SingleThreadPool：只有一条线程来执行任务，适用于有顺序的任务的应用场景。
- FixedThreadPool：定长的线程池，有核心线程，核心线程的即为最大的线程数量，没有非核心线程
- Executors.newFixedThreadPool()、Executors.newSingleThreadExecutor() 和 Executors.newCachedThreadPool() 等方法的底层都是通过 ThreadPoolExecutor 实现的。
ThreadPoolExecutor
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
if (corePoolSize < 0 ||
// maximumPoolSize 必须大于 0，且必须大于 corePoolSize
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;
}
参数介绍：
-
corePoolSize
- 线程池的核心线程数。在没有设置 allowCoreThreadTimeOut 为 true 的情况下，核心线程会在线程池中一直存活，即使处于闲置状态。
- 如果设置为 0，则表示在没有任何任务时，销毁线程池；如果大于 0，即使没有任务时也会保证线程池的线程数量等于此值。
- 但需要注意，此值如果设置的比较小，则会频繁的创建和销毁线程，如果设置的比较大，则会浪费系统资源，所以需要根据自己的实际业务来调整此值。
-
maximumPoolSize
- 线程池所能容纳的最大线程数。当活动线程(核心线程+非核心线程)达到这个数值后，后续任务将会根据 RejectedExecutionHandler 来进行拒绝策略处理。
- 官方规定此值必须大于 0，也必须大于等于 corePoolSize，此值只有在任务比较多，且不能存放在任务队列时，才会用到。
-
keepAliveTime
- 非核心线程闲置时的超时时长。超过该时长，非核心线程就会被回收。
- 若线程池通过 allowCoreThreadTimeOut() 方法设置 allowCoreThreadTimeOut 属性为 true，则该时长同样会作用于核心线程，AsyncTask 配置的线程池就是这样设置的。
-
unit
- keepAliveTime 时长对应的单位。
-
workQueue
- 表示线程池执行的任务队列，当线程池的所有线程都在处理任务时，如果来了新任务就会缓存到此任务队列中排队等待执行。
- 是一个阻塞队列 BlockingQueue，虽然它是 Queue 的子接口，但是它的主要作用并不是容器，而是作为线程同步的工具，他有一个特征，当生产者试图向 BlockingQueue 放入(put)元素，如果队列已满，则该线程被阻塞；当消费者试图从 BlockingQueue 取出(take)元素，如果队列已空，则该线程被阻塞。
-
ThreadFactory
- 线程的创建工厂，功能很简单，就是为线程池提供创建新线程的功能。
- 也可以自定义一个线程工厂，通过实现 ThreadFactory 接口来完成，这样就可以自定义线程的名称或线程执行的优先级了。
- 通常在创建线程池时不指定此参数，它会使用默认的线程创建工厂的方法来创建线程，源代码如下：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) { // Executors.defaultThreadFactory() 为默认的线程创建工厂 this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler); } public static ThreadFactory defaultThreadFactory() { return new DefaultThreadFactory(); } // 默认的线程创建工厂，需要实现 ThreadFactory 接口 static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory { private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1); private final ThreadGroup group; private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1); private final String namePrefix; DefaultThreadFactory() { SecurityManager s = System.getSecurityManager(); group = (s != null) ? s.getThreadGroup() : Thread.currentThread().getThreadGroup(); namePrefix = "pool-" + poolNumber.getAndIncrement() + "-thread-"; } // 创建线程 public Thread newThread(Runnable r) { Thread t = new Thread(group, r, namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(), 0); if (t.isDaemon()) t.setDaemon(false); // 创建一个非守护线程 if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY) t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY); // 线程优先级设置为默认值 return t; } } -
RejectedExecutionHandler
- 表示指定线程池的拒绝策略，当线程池的任务已经在缓存队列 workQueue 中存储满了之后，并且不能创建新的线程来执行此任务时，就会用到此拒绝策略.
- 它属于一种限流保护的机制，这里有四种任务拒绝类型：
- AbortPolicy: 不执行新任务，直接抛出异常，提示线程池已满，涉及到该异常的任务也不会被执行，线程池默认的拒绝策略就是该策略。
- DisCardPolicy: 不执行新任务，也不抛出异常，即忽略此任务；
- DisCardOldSetPolicy: 将消息队列中的第一个任务(即等待时间最久的任务)替换为当前新进来的任务执行，忽略最早的任务（最先加入队列的任务）；
- CallerRunsPolicy: 把任务交给当前线程来执行；
/** * 线程池的拒绝策略 */ @Test public void test1() { // 创建线程池 核心线程为1，最大线程为3，任务队列大小为2 ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(1, 3, 10, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(2), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 添加 AbortPolicy 拒绝策略 ); for (int i = 0; i < 6; i++) { poolExecutor.execute(() -> { System.out.println(Thread.currentThread().getName()); }); } }- 自定义线程池拒绝策略
/** * 自定义线程池的拒绝策略 * 实现接口 RejectedExecutionHandler */ @Test public void test2() { ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 3, 10, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(2), new RejectedExecutionHandler() { @Override public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) { // 业务处理方法 System.out.println("执行自定义拒绝策略"); } } ); for (int i = 0; i < 6; i++) { executor.execute(() -> { System.out.println(Thread.currentThread().getName()); }); } }
线程池工作原理
线程池的工作流程要从它的执行方法 execute() 说起，源码如下：
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
int c = ctl.get();
// 当前工作的线程数小于核心线程数
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
// 创建新的线程执行此任务
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
// 检查线程池是否处于运行状态，如果是则把任务添加到队列
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
// 再出检查线程池是否处于运行状态，防止在第一次校验通过后线程池关闭
// 如果是非运行状态，则将刚加入队列的任务移除
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
// 如果线程池的线程数为 0 时（当 corePoolSize 设置为 0 时会发生）
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false); // 新建线程执行任务
}
// 核心线程都在忙且队列都已爆满，尝试新启动一个线程执行失败
else if (!addWorker(command, false))
// 执行拒绝策略
reject(command);
}
execute() VS submit()
- execute() 和 submit() 都是用来执行线程池任务的，它们最主要的区别是，submit() 方法可以接收线程池执行的返回值，而 execute() 不能接收返回值。
- sumbit 之所以可以接收返回值，是因为参数中可以传递：Callable
task，而通过 callable 创建的线程任务有返回值并且可以抛出异常。
/**
* execute VS sumbin
* execute 提交任务没有返回值
* submit 提交任务有返回值
*/
@Test
public void test3() throws ExecutionException, InterruptedException {
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 10, 10, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(20));
// execute
executor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("Hello, execute");
}
});
// submit 使用
Future<String> future = executor.submit(new Callable<String>() {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println("Hello, submit");
return "submit success";
}
});
System.out.println(future.get());
}
- 它们的另一个区别是 execute() 方法属于 Executor 接口的方法，而 submit() 方法则是属于 ExecutorService 接口的方法。
-
线程池的使用：
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/**
* @author xiandongxie
*/
public class ThreadPool {
//参数初始化 返回Java虚拟机可用的处理器数量
// private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
private static final int CPU_COUNT = 2;
//核心线程数量大小
private static final int corePoolSize = Math.max(2, Math.min(CPU_COUNT - 1, 4));
//线程池最大容纳线程数
private static final int maximumPoolSize = CPU_COUNT * 2 + 1;
//线程空闲后的存活时长
private static final int keepAliveTime = 30;
//任务过多后，存储任务的一个阻塞队列
BlockingQueue<Runnable> workQueue = new SynchronousQueue<>();
//线程的创建工厂
ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactory() {
private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);
public Thread newThread(Runnable r) {
return new Thread(r, "AdvacnedAsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
}
};
//线程池任务满载后采取的任务拒绝策略: 不执行新任务，直接抛出异常，提示线程池已满
RejectedExecutionHandler rejectHandler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy();
//线程池对象，创建线程
ThreadPoolExecutor mExecute = new ThreadPoolExecutor(
corePoolSize,
maximumPoolSize,
keepAliveTime,
TimeUnit.SECONDS,
workQueue,
threadFactory,
rejectHandler
);
public static void main(String[] args) {
System.out.println("main start ..... \nCPU_COUNT = " + CPU_COUNT + "\tcorePoolSize=" + corePoolSize + "\tmaximumPoolSize=" + maximumPoolSize);
ThreadPool threadPool = new ThreadPool();
ThreadPoolExecutor execute = threadPool.mExecute;
// 预启动所有核心线程
execute.prestartAllCoreThreads();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
execute.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\tstart..." + System.currentTimeMillis());
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\tend..." + System.currentTimeMillis());
}
});
}
execute.shutdown();
System.out.println("main end .....");
}
}
