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》 

 

  

posted @ 2021-12-20 15:13  让我发会呆  阅读(494)  评论(4编辑  收藏  举报