JAVA并发编程-8-线程池

上一篇看这里：JAVA并发编程-7-并发容器

一、为什么要使用线程池

1、降低资源的消耗。降低线程创建和销毁的资源消耗；
2、提高响应速度：线程的创建时间为T1，执行时间T2,销毁时间T3，免去T1和T3的时间
3、提高线程的可管理性。

二、手动实现一个线程池

如何实现线程呢？有2个关键点
1、线程必须在池子已经创建好了，并且可以保持住，要有容器保存多个线程；
2、线程还要能够接受外部的任务，运行这个任务。容器保持这个来不及运行的任务.

/**
 * 类说明：自己线程池的实现
 */
public class MyThreadPool2 {
    // 线程池中默认线程的个数为5
    private static int WORK_NUM = 5;
    // 队列默认任务个数为100
    private static int TASK_COUNT = 100;

    // 工作线程组
    private WorkThread[] workThreads;

    // 任务队列，作为一个缓冲
    private final BlockingQueue<Runnable> taskQueue;
    private final int worker_num;//用户在构造这个池，希望的启动的线程数

    // 创建具有默认线程个数的线程池
    public MyThreadPool2() {
        this(WORK_NUM, TASK_COUNT);
    }

    // 创建线程池,worker_num为线程池中工/作线程的个数
    public MyThreadPool2(int worker_num, int taskCount) {
        if (worker_num <= 0) worker_num = WORK_NUM;
        if (taskCount <= 0) taskCount = TASK_COUNT;
        this.worker_num = worker_num;
        taskQueue = new ArrayBlockingQueue<>(taskCount);
        workThreads = new WorkThread[worker_num];
        for (int i = 0; i < worker_num; i++) {
            workThreads[i] = new WorkThread();
            workThreads[i].start();
        }
    }


    // 执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器决定
    public void execute(Runnable task) {
        try {
            taskQueue.put(task);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }


    // 销毁线程池,该方法保证在所有任务都完成的情况下才销毁所有线程，否则等待任务完成才销毁
    public void destroy() {
        // 工作线程停止工作，且置为null
        System.out.println("ready close pool.....");
        for (int i = 0; i < worker_num; i++) {
            workThreads[i].stopWorker();
            workThreads[i] = null;//help gc
        }
        taskQueue.clear();// 清空任务队列
    }

    // 覆盖toString方法，返回线程池信息：工作线程个数和已完成任务个数
    @Override
    public String toString() {
        return "WorkThread number:" + worker_num
                + "  wait task number:" + taskQueue.size();
    }

    /**
     * 内部类，工作线程
     */
    private class WorkThread extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            Runnable r = null;
            try {
                while (!isInterrupted()) {
                    r = taskQueue.take();
                    if (r != null) {
                        System.out.println(getId() + " ready exec :" + r);
                        r.run();
                    }
                    r = null;//help gc;
                }
            } catch (Exception e) {
                // TODO: handle exception
            }
        }

        public void stopWorker() {
            interrupt();
        }

    }
}

上面类中，在构造方法中，定义好线程容器，并且在其中创建指定数量的线程，定义了任务队列来存放任务。

execute方法就是向任务队列中放入需要执行的任务。

定义了WorkThread作为单个工作线程，它不断的从taskQueue任务队列中去取得任务，然后去运行它。

public class TestMyThreadPool {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建3个线程的线程池
        MyThreadPool2 t = new MyThreadPool2(3,0);
        t.execute(new MyTask("testA"));
        t.execute(new MyTask("testB"));
        t.execute(new MyTask("testC"));
        t.execute(new MyTask("testD"));
        t.execute(new MyTask("testE"));
        System.out.println(t);
        Thread.sleep(10000);
        t.destroy();// 所有线程都执行完成才destory
        System.out.println(t);
    }

    // 任务类
    static class MyTask implements Runnable {

        private String name;
        private Random r = new Random();

        public MyTask(String name) {
            this.name = name;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        @Override
        public void run() {// 执行任务
            try {
                Thread.sleep(r.nextInt(1000)+2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getId()+" sleep InterruptedException:"
                        +Thread.currentThread().isInterrupted());
            }
            System.out.println("任务 " + name + " 完成");
        }
    }
}

我们自己实现的线程池还有很多缺点：
1，线程池在创建时，就创建启动好了线程，如果任务数量小于线程数的时候，会导致线程无意义的等待。我们不能很好的控制线程的数量
2，阻塞队列满了的时候，queue只能被阻塞，线程池应用速度变慢，没有一个有效的机制来处理这种情况

三、JDK中的线程池和工作机制

1、线程池的创建及参数

线程池的创建主要依赖ThreadPoolExecutor类，它是jdk中所有线程池的父类。它的构造参数如下：

• int corePoolSize ：线程池中核心线程数，< corePoolSize ，就会创建新线程，= corePoolSize ，这个任务就会保存到BlockingQueue，如果调用prestartAllCoreThreads（）方法就会一次性的启动corePoolSize 个数的线程。
• int maximumPoolSize, 允许的最大线程数，BlockingQueue也满了，< maximumPoolSize时候就会再次创建新的线程
• long keepAliveTime, 线程空闲下来后，存活的时间，这个参数只在> corePoolSize才有用
• TimeUnit unit, 存活时间的单位值
• BlockingQueue workQueue, 保存任务的阻塞队列
• ThreadFactory threadFactory, 创建线程的工厂，给新建的线程赋予名字
• RejectedExecutionHandler handler ：饱和策略，包括下面几种

AbortPolicy ：直接抛出异常，默认；
CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来执行任务
DiscardOldestPolicy：丢弃阻塞队列里最老的任务，队列里最靠前的任务
DiscardPolicy ：当前任务直接丢弃
实现自己的饱和策略，实现RejectedExecutionHandler接口即可

2、提交任务的方法

execute(Runnable command) 不需要返回值
Future submit(Callable task) 需要返回值

3、关闭线程池的方法

shutdownNow():设置线程池的状态，还会尝试停止正在运行或者暂停任务的线程
shutdown()设置线程池的状态，只会中断所有没有执行任务的线程

4、工作机制

来看一段重要的源码：

如果小于核心线程数，就直接增加任务。否则就尝试将任务放到等待队列中，如果放失败了，就在小于最大线程数的条件下进行新线程创建，如果仍然没有成功，就拒绝任务。

四、合理配置线程池

线程池的使用也有它的合理性，并不是线程越多就越好，需要根据不同类型的任务来合理的配置线程池。

根据任务的性质来：
计算密集型（CPU），IO密集型，混合型

• 计算密集型：这类的主要任务有 加密，大数分解，正则…….， 这类任务是计算量比较大，比较耗费cpu，应该尽量减少cpu在线程之间的轮转，所以线程数适当小一点，最大推荐：机器的Cpu核心数+1，为什么+1，防止页缺失，这是指当某个线程因为调度原因不得不去等待下一个时间片时，+1的线程可以被执行 (机器的Cpu核心=Runtime.getRuntime().availableProcessors()
• IO密集型：读取文件，数据库连接，网络通讯, 这类任务的特点是线程可能需要长时间等待。线程数适当大一点，可以充分的利用cpu,配置的线程数量可以参考机器的Cpu核心数*2
• 混合型：尽量拆分，拆分成一个IO密集型和一个计算密集型，但是当IO密集型需要的时间>>计算密集型需要的时间，拆分意义不大。当IO密集型所需时间和计算密集型差不多的时候，是非常有意义的。

队列的选择上，应该使用有界，无界队列可能会导致内存溢出，OOM

五、预定义的线程池

jdk中给我们预定义了一些线程池，来方便特殊情况下的使用。

• FixedThreadPool
  创建固定线程数量的，适用于负载较重的服务器，使用了无界队列
• SingleThreadExecutor
  创建单个线程，需要顺序保证执行任务，不会有多个线程活动，使用了无界队列
• CachedThreadPool
  会根据需要来创建新线程的，执行很多短期异步任务的程序，使用了SynchronousQueue
• WorkStealingPool（JDK7以后）
  基于ForkJoinPool实现
• ScheduledThreadPoolExecutor
  需要定期执行周期任务，Timer不建议使用了。
  newSingleThreadScheduledExecutor：只包含一个线程，只需要单个线程执行周期任务，保证顺序的执行各个任务
  newScheduledThreadPool 可以包含多个线程的，线程执行周期任务，适度控制后台线程数量的时候
  方法说明：
  schedule：只执行一次，任务还可以延时执行
  scheduleAtFixedRate：提交固定时间间隔的任务
  scheduleWithFixedDelay：提交固定延时间隔执行的任务

六、Executor框架

Executor的继承关系大体如下：
Executor框架的基本使用流程：

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