JAVA架构师必须掌握的线程池原理详解一

JAVA架构师必须掌握的线程池原理详解一_第1张图片

线程池的优点

1、线程是稀缺资源,使用线程池可以减少创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以重复使用。

2、可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线程的数量,防止因为消耗过多内存导致服务器崩溃。

线程池的创建

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,

                             int maximumPoolSize,

                             long keepAliveTime,

                              TimeUnit unit,

                              BlockingQueue workQueue,

                               RejectedExecutionHandler handler) 

corePoolSize:线程池核心线程数量

maximumPoolSize:线程池最大线程数量

keepAliverTime:当活跃线程数大于核心线程数时,空闲的多余线程最大存活时间

unit:存活时间的单位

workQueue:存放任务的队列

handler:超出线程范围和队列容量的任务的处理程序

线程池的实现原理

提交一个任务到线程池中,线程池的处理流程如下:

1、判断线程池里的核心线程是否都在执行任务,如果不是(核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建)则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务,则进入下个流程。

2、线程池判断工作队列是否已满,如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程。

3、判断线程池里的线程是否都处于工作状态,如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

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线程池的源码解读

1、ThreadPoolExecutor的execute()方法

public void execute(Runnable command) {

        if (command == null)

            throw new NullPointerException();

       //如果线程数大于等于基本线程数或者线程创建失败,将任务加入队列

        if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {

          //线程池处于运行状态并且加入队列成功

            if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {

                if (runState != RUNNING || poolSize == 0)

                    ensureQueuedTaskHandled(command);

            }

         //线程池不处于运行状态或者加入队列失败,则创建线程(创建的是非核心线程)

            else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))

           //创建线程失败,则采取阻塞处理的方式

                reject(command); // is shutdown or saturated

        }

    }

2、创建线程的方法:addIfUnderCorePoolSize(command)

private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {

        Thread t = null;

        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;

        mainLock.lock();

        try {

            if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)

                t = addThread(firstTask);

        } finally {

            mainLock.unlock();

        }

        if (t == null)

            return false;

        t.start();

        return true;

    }

我们重点来看第7行:

private Thread addThread(Runnable firstTask) {

        Worker w = new Worker(firstTask);

        Thread t = threadFactory.newThread(w);

        if (t != null) {

            w.thread = t;

            workers.add(w);

            int nt = ++poolSize;

            if (nt > largestPoolSize)

                largestPoolSize = nt;

        }

        return t;

    }


这里将线程封装成工作线程worker,并放入工作线程组里,worker类的方法run方法:

public void run() {

            try {

                Runnable task = firstTask;

                firstTask = null;

                while (task != null || (task = getTask()) != null) {

                    runTask(task);

                    task = null;

                }

            } finally {

                workerDone(this);

            }

        }

worker在执行完任务后,还会通过getTask方法循环获取工作队里里的任务来执行。

我们通过一个程序来观察线程池的工作原理:

1、创建一个线程

public class ThreadPoolTest implements Runnable

{

    @Override

    public void run()

    {

        try

        {

            Thread.sleep(300);

        }

        catch (InterruptedException e)

        {

            e.printStackTrace();

        }

    }

}


2、线程池循环运行16个线程:

public static void main(String[] args)

    {

        LinkedBlockingQueue queue =

            new LinkedBlockingQueue(5);

        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);

        for (int i = 0; i < 16 ; i++)

        {

            threadPool.execute(

                new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));

            System.out.println("线程池中活跃的线程数: " + threadPool.getPoolSize());

            if (queue.size() > 0)

            {

                System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());

            }

        }

        threadPool.shutdown();

    }

执行结果:

线程池中活跃的线程数: 1

线程池中活跃的线程数: 2

线程池中活跃的线程数: 3

线程池中活跃的线程数: 4

线程池中活跃的线程数: 5

线程池中活跃的线程数: 5

----------------队列中阻塞的线程数1

线程池中活跃的线程数: 5

----------------队列中阻塞的线程数2

线程池中活跃的线程数: 5

----------------队列中阻塞的线程数3

线程池中活跃的线程数: 5

----------------队列中阻塞的线程数4

线程池中活跃的线程数: 5

----------------队列中阻塞的线程数5

线程池中活跃的线程数: 6

----------------队列中阻塞的线程数5

线程池中活跃的线程数: 7

----------------队列中阻塞的线程数5

线程池中活跃的线程数: 8

----------------队列中阻塞的线程数5

线程池中活跃的线程数: 9

----------------队列中阻塞的线程数5

线程池中活跃的线程数: 10

----------------队列中阻塞的线程数5

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Thread[Thread15,5,main] rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@232204a1[Running, pool size = 10, active threads = 10, queued tasks = 5, completed tasks = 0]

    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)

    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)

    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)

    at test.ThreadTest.main(ThreadTest.java:17)


从结果可以观察出:

1、创建的线程池具体配置为:核心线程数量为5个;全部线程数量为10个;工作队列的长度为5。

2、我们通过queue.size()的方法来获取工作队列中的任务数。

3、运行原理:

      刚开始都是在创建新的线程,达到核心线程数量5个后,新的任务进来后不再创建新的线程,而是将任务加入工作队列,任务队列到达上线5个后,新的任务又会创建新的普通线程,直到达到线程池最大的线程数量10个,后面的任务则根据配置的饱和策略来处理。我们这里没有具体配置,使用的是默认的配置AbortPolicy:直接抛出异常。

  当然,为了达到我需要的效果,上述线程处理的任务都是利用休眠导致线程没有释放!!!

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,那么必须对新提交的任务采用一种特殊的策略来进行处理。这个策略默认配置是AbortPolicy,表示无法处理新的任务而抛出异常。JAVA提供了4中策略:

1、AbortPolicy:直接抛出异常

2、CallerRunsPolicy:只用调用所在的线程运行任务

3、DiscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务。

4、DiscardPolicy:不处理,丢弃掉。

我们现在用第四种策略来处理上面的程序:

public static void main(String[] args)

    {

        LinkedBlockingQueue queue =

            new LinkedBlockingQueue(3);

        RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();


        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);

        for (int i = 0; i < 9 ; i++)

        {

            threadPool.execute(

                new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));

            System.out.println("线程池中活跃的线程数: " + threadPool.getPoolSize());

            if (queue.size() > 0)

            {

                System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());

            }

        }

        threadPool.shutdown();

    }

执行结果:

线程池中活跃的线程数: 1

线程池中活跃的线程数: 2

线程池中活跃的线程数: 2

----------------队列中阻塞的线程数1

线程池中活跃的线程数: 2

----------------队列中阻塞的线程数2

线程池中活跃的线程数: 2

----------------队列中阻塞的线程数3

线程池中活跃的线程数: 3

----------------队列中阻塞的线程数3

线程池中活跃的线程数: 4

----------------队列中阻塞的线程数3

线程池中活跃的线程数: 5

----------------队列中阻塞的线程数3

线程池中活跃的线程数: 5

----------------队列中阻塞的线程数3


这里采用了丢弃策略后,就没有再抛出异常,而是直接丢弃。在某些重要的场景下,可以采用记录日志或者存储到数据库中,而不应该直接丢弃。


设置策略有两种方式:


1、


 RejectedExecutionHandler handler = new

ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();

 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);

2、


  ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);

  threadPool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());


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