Java并发编程系列---线程池的创建和使用

一、线程池的使用

1.1 线程池的创建

我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。

new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                       int maximumPoolSize,
                       long keepAliveTime,
                       TimeUnit unit,
                       BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                       RejectedExecutionHandler 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，线程池会提前创建并启动所有基本线程。

2. runnableTaskQueue(任务队列):用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选 择以下几个阻塞队列。

    ArrayBlockingQueue:是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO(先进 先出)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Linked- BlockingQueue，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什么效果。

4. 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。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线 程池里的线程设置有意义的名字，代码如下。
   new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build();

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:只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。

6. 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。

7. TimeUnit(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)。

1.2 创建一个核心线程数10，最大线程数20，线程池的工作线程空闲后存活的时间3000 ms，工作队列是ArrayBlockingQueue，饱和策略是AbortPolicy的线程池。

ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                10, 20, 3000,
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(3),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

1.3 向线程池提交任务

可以使用两个方法向线程池提交任务，分别为execute()和submit()方法。

1.3.1 execute()方法

execute()方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功。

ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                10, 20, 3000,
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(3),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

        threadPoolExecutor.execute(() -> System.out.println("线程执行了"));
		threadPoolExecutor.shutdown();

1.3.2 submit()

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future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，而使用get(long timeout，TimeUnit unit)方 法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。

在这里插入代码片

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
     
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                10, 20, 3000,
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(3),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        Future<String> thread1Result = threadPoolExecutor.submit(new Thread1());
        System.out.println(thread1Result.get());//输出 hello ...
        threadPoolExecutor.shutdown();
    }
	public static class Thread1 implements Callable<String> {
     
        
        @Override
        public String call(){
     
            return "hello ...";
        }
    }

二、合理地配置线程池

要想合理地配置线程池，就必须首先分析任务特性，可以从以下几个角度来分析。

1. 任务的性质:CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务。 ·
2. 任务的优先级:高、中和低。 ·
3. 任务的执行时间:长、中和短。
4. 任务的依赖性:是否依赖其他系统资源，如数据库连接。

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cpu个数+1个线程的线程池。
• 由于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，如两倍的cpu个数。
• 混合型的任务，如果可以拆分，将其拆分成一个 CPU密集型任务和一个IO密集型任务，只要这两个任务执行的时间相差不是太大，那么分 解后执行的吞吐量将高于串行执行的吞吐量。如果这两个任务执行时间相差太大，则没必 要进行分解。可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU 个数。

优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。它可以让优先级高的任务先执行。
注意 如果一直有优先级高的任务提交到队列里，那么优先级低的任务可能永远 不能执行。
执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理，或者可以使用优先级队列， 让执行时间短的任务先执行。
依赖数据库连接池的任务，因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果，等待的时间越长，则CPU空闲时间就越长，那么线程数应该设置得越大，这样才能更好地利用 CPU。

建议使用有界队列。有界队列能增加系统的稳定性和预警能力，可以根据需要设大一 点儿，比如几千。

三、监控线程池

如果在系统中大量使用线程池，则有必要对线程池进行监控，方便在出现问题时，可 以根据线程池的使用状况快速定位问题。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。

通过扩展线程池进行监控。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。

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author : pengweiwei
 * @date : 2020/2/2 8:19 下午
 */
public class MyThreadPool extends ThreadPoolExecutor{
     

    public MyThreadPool(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
     
        super(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
    }

    @Override
    protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
     
    	//可以打印一些线程池的信息
        super.beforeExecute(t, r);
    }

    @Override
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
     
    //可以打印一些线程池的信息
        super.afterExecute(r, t);
    }

    @Override
    protected void terminated() {
     
    //可以打印一些线程池的信息
        super.terminated();
    }
}