java多线程9:线程池
线程池
线程池的优点
我们知道线程的创建和上下文的切换也是需要消耗CPU资源的,所以在多线程任务下,使用线程池的优点就有:
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。
线程池的实现原理
我们看下线程池的主要处理流程,ThreadPoolExecutor执行示意图
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。
看下构造方法中核心的7个参数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { if (corePoolSize < 0 || 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; }
1:corePoolSize(线程池的基本大小)
当提交一个任务到线程池时,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corePoolSize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。
如果调用了线程池的allowsCoreThreadTimeOut()方法,线程池的核心线程可以在等待新任务超时后自动销毁。
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。这也是当前线程池能同时运行的最大线程数。
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:unit(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:workQueue(任务队列)
用于保存等待执行的任务的阻塞队列。
阻塞队列的数据结构与功能可以参考:java多线程8:阻塞队列与Fork/Join框架,可用于线程池的有:
ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、LinkedBlockingQueue 静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列、
SynchronousQueue 静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列
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。
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:使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。
线程池的创建
在Executors 中为我们提供了大多数场景下几种常用的线程池创建方法
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); }
单线程线程池,线程池中核心线程数和最大线程数都是1,workQueue选择了Integer.MAX_VALUE 长度的LinkedBlockingQueue,基本上不管来多少任务都在排队等待一个一个的执行。
因为workQueue是无界的,也就是说排队的任务永远不会多过workQueue的容量,那maximum其实设置多少都无所谓了
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); }
固定大小的线程池,无非是让线程池中能运行的线程编程了手动指定的nThreads罢了,和单线程的线程池异曲同工。
public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); }
无界线程池,意思是不管多少任务提交进来,都直接运行。无界线程池采用了SynchronousQueue,采用这个线程池就没有workQueue容量一说了,只要添加进去的线程就会被拿去用。
既然是无界线程池,那线程数肯定没上限,所以以maximumPoolSize为主了,设置为一个近似的无限大Integer.MAX_VALUE。
另外注意一下,单线程线程池和固定大小线程池线程都不会进行自动回收的,也即是说保证提交进来的任务最终都会被处理,但至于什么时候处理,就要看处理能力了。
但是无界线程池是设置了回收时间的,由于corePoolSize为0,所以只要60秒没有被用到的线程都会被直接移除。
上面三种创建线程池的方式,有一个最大的弊端就是提交任务可以无限制,这样就很容易导致我们服务OOM,阿里的java开发手册在并发处理一节中就强制建议:
【强制】线程池不允许使用Executors去创建,而是通过ThreadPoolExecutor的方式,这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则,规避资源耗尽的风险。
说明:Executors 返回的线程池对象的弊端如下:
1:FixedThreadPool 和 SingleThreadPool: workQueue默认都是Integer.MAX_VALUE,可能会堆积大量的请求,从而导致 OOM
2:CachedThreadPool: 允许创建线程数量为Integer.MAX_VALUE,可能会创建大量线程,从而导致 OOM
通常来说,我们一般显示的通过ThreadPoolExecutor来创建自定义线程池,根据性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理。
CPU密集型任务应配置尽可能小的线程,如配置Ncpu+1个线程的线程池。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2*Ncpu。
对于任务队列workQueue,还是建议使用有界队列可以提高系统的稳定性,而且可以通过我们自定义的拒绝策略去排序线程池的问题。
线程池的监控
可以通过线程池提供的参数进行监控,在监控线程池的时候可以使用以下属性。
taskCount:线程池需要执行的任务数量。
completedTaskCount:线程池在运行过程中已完成的任务数量,小于或等于taskCount。
largestPoolSize:线程池里曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否曾经满过。如该数值等于线程池的最大大小,则表示线程池曾经满过。
getPoolSize:线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话,线程池里的线程不会自动销毁,所以这个大小只增不减。
getActiveCount:获取活动的线程数。
可以通过继承线程池来自定义线程池,重写线程池的beforeExecute、afterExecute和terminated方法,也可以在任务执行前、执行后和线程池关闭前执行一些代码来进行监控。
例如,监控任务的平均执行时间、最大执行时间和最小执行时间等
线程池的关闭
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。
它们的区别是,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isTerminated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,通常调用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。
awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) 设定超时时间及单位,当等待超过设定时间时,会监测线程池是否已经关闭,若关闭则返回true,否则返回false。一般情况下会和shutdown方法组合使用。
参考文献
1:《Java并发编程的艺术》
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勇气是,尽管你感到害怕,但仍能迎难而上。
尽管你感觉痛苦,但仍能直接面对。
向前一步,也许一切都会不同。
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