Java中线程池的介绍及Executor框架的使用

2019-10-07  本文已影响0人  ce5154e79490

1. 使用线程池的好处

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，在开发过程中，合理的使用线程池能够带来3个好处：
  1. 降低资源消耗：通过重复利用已创建的线程降低线程的创建和销毁所造成的消耗。
  2. 提高相应速度：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。
  3.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，使用线程池可统一分配、调优和监控。

2. 线程池的实现原理

  当线程池提交一个任务之后，线程池是如何处理这个任务的呢？处理流程如图1所示。

图1 线程池的主要处理流程

  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，则创建新的线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入下一个流程。
  2. 线程池判断工作队列是否已满。如果工作队列没有满，则将新提交的这个任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下一个流程。
  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，则创建一个新的线程来执行任务。如果已经满了，则提交给饱和策略来处理这个任务。

  ThreadPoolExecutor执行execute()方法的示意图，如图2所示


图2 ThreadPoolExecutor执行示意图

  ThreadPoolExecutor执行execute()方法分下面4中情况。
  1. 如果当前运行的线程数少于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。
  ThreadPoolExecutor采取上诉步骤的总体设计思路，是为了在执行execute()方法时，尽可能的避免获取全局锁。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。
  线程池中线程执行任务分两种情况，如下。
   1. 在execute()方法中创建一个线程时，会让这个线程执行当前任务。
   2. 这个线程执行完图1中1的任务后，会反复从BlockingQueue获取任务来执行。

3. 线程池的使用

3.1 线程池的创建

  我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, milliseconds, runnableTaskQueue, handler);

   创建一个线程池时需要输入几个参数，如下。
   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线程池的基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池就会提前创建并启动所有基本线程。
   runnableTaskQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。
   - 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。每个插入操作必须要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LinkedBlockingQueue，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。
   3. 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，这个参数就没有什么效果。
   4. ThreadFactory：用于设置创建线程的工厂。
   5. 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，那么必须采用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JDK1.5中Java线程池提供以下4种策略。
   - AbortPolicy：直接抛出异常。
   - CallerRunsPolicy：只用调用者所在的线程来运行任务。
   - DiscardOldestPolicy：该策略会丢弃任务队列中最老的一个任务，也就是当前任务队列中最先被添加进去的，马上要被执行的那个任务，并尝试再次提交。
   - DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。
   - 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。
   - TimeUnit（线程活动保持时间的单位）：可选的有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟（MIMUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微秒（MICROSECONDS，千分之一毫秒）和纳秒（NANOSECONDS，千分之一微秒）。

3.2 向线程池提交任务

   可以通过两个方法向线程池提交任务，分别为execute()和submit()方法。
   execute()方法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。线程池会返回一个future类型的对象，通过这个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。

3.3 关闭线程池

关闭线程池有两种方式：shutdown和shutdownNow，关闭时，会遍历所有的线程，调用它们的interrupt函数中断线程。但这两种方式对于正在执行的线程处理方式不同。

shutdown()： 仅停止阻塞队列中等待的线程，那些正在执行的线程就会让他们执行结束。
shutdownNow() ：不仅会停止阻塞队列中的线程，而且会停止正在执行的线程。

3.4 合理配置线程池

任务一般可分为：CPU密集型、IO密集型、混合型，对于不同类型的任务需要分配不同大小的线程池。

   只要分完之后两个任务的执行时间相差不大，那么就会比串行执行来的高效。
因为如果划分之后两个任务执行时间相差甚远，那么先执行完的任务就要等后执行完的任务，最终的时间仍然取决于后执行完的任务，而且还要加上任务拆分与合并的开销，得不偿失。

建议使用有界队列：如果设置成无界队列，那么线程池的队列就会越来越多，有可能会撑满能存，导致整个系统不可用。

4. Executor框架的使用

4.1 创建

ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(5);//核心线程大小
        executor.setMaxPoolSize(10);//最大线程大小
        executor.setQueueCapacity(100);//队列最大容量
        executor.setKeepAliveSeconds(3000);//存活时间
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());//拒绝执行时如何处理

4.2 使用

executor.submit(new ThreadDemo());//或者executor.execute(new ThreadDemo());
// ----------------------------
public class ThreadDemo implements Runnable {
     @Override
     public void run() {
         //业务处理
     }
 }
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