JavaWeb14-线程池
目录
1.传统线程的缺点
2.线程池的定义
3.线程池的优点
4.线程池的创建/使用（2类7种）
4.1.通过Executors（执行器）自动创建（6种）
①Executors.newFixedThreadPool：创建⼀个固定⼤⼩的线程池，可控制并发的线程数，超出的线程会在队列中等待。
--->PS：submit VS execute
--->PS：有返回值的线程池实现
--->PS：线程池中的线程工厂
②Executors.newCachedThreadPool：创建⼀个可缓存的线程池，若线程数超过处理所需，缓存⼀段时间后会回收，若线程数量不够，则新建线程，线程数随任务量而定（前提CPU性能好）。
③Executors.newSingleThreadExecutor：创建单个线程数的线程池，它可以保证先进先出的执⾏顺序。
--->PS：（常见面试题）newSingleThreadExecutor：创建单个线程数的线程池，那为何不直接使用线程？单线程线程池的意义？
④Executors.newScheduledThreadPool：创建⼀个可以执⾏延迟任务的线程池。
--->a.延迟执行一次
--->b.固定频率执行scheduleAtFixedRate
--->c.固定频率执行scheduleWithFixedDelay
--->PS：scheduleAtFixedRate VS scheduleWithFixedDelay
⑤Executors.newSingleThreadScheduledExecutor：创建⼀个单线程的可以执行延迟任务的线程池。
⑥Executors.newWorkStealingPool：根据当前服务器的CPU创建⼀个抢占式执⾏的线程池（任务执⾏顺序不确定）【JDK 1.8 添加】。
4.2.通过ThreadPoolExecutor手动创建（1种）
⑦ThreadPoolExecutor：重点掌握，最原始方式，推荐使用。
--->Executors自动创建线程池返回的线程池对象的弊端如下：
--->a.ThreadPoolExecutor 参数说明(包含 7 个参数可供设置，最少需要设置5个参数)
--->b.线程池执行流程
--->c.线程池拒绝策略（4【JDK提供】+1【自定义】）
5.线程池状态（5种）
①RUNNING：
②SHUTDOWN：
③STOP：
④TIDYING：
⑤TERMINATED：
a.各个状态的转换过程
b.shutdown VS shutdownNow
6.究竟选用哪种线程池？
1.传统线程的缺点
-
有任务时创建线程，没任务时结束线程：创建线程需要开辟本地线程栈、虚拟机栈、程序计数器等私有线程内存，消耗的时候也需要释放这些内存。频繁地创建和销毁需要⼀定的开销。
-
线程没有任务队列的任务管理功能：当任务数远远⼤于线程可以承载的数量之后，不能友好地进⾏任务拒绝。
2.线程池的定义
线程池（ThreadPool）是⼀种基于池化思想管理和使⽤线程的机制。
它是将多个线程预先存储在⼀个“池⼦”内，当有任务出现时可以避免重新创建和销毁线程所带来性能开销，只需要从“池⼦”内取出相应的线程执⾏对应的任务即可。
池化思想在计算机的应⽤也⽐较⼴泛：
内存池(Memory Pooling)：预先申请内存，提升申请内存速度，减少内存碎⽚。
连接池(Connection Pooling)：预先申请数据库连接，提升申请连接的速度，降低系统的开销。
实例池(Object Pooling)：循环使⽤对象，减少资源在初始化和释放时的昂贵损耗。
3.线程池的优点
- 复用线程：避免线程重复创建和销毁的性能开销。
- 提⾼响应速度：任务到达时，⽆需等待线程创建即可⽴即执⾏。
- 控制线程数量：避免因线程创建过多而导致OOM（out of memory内存溢出）情况。
- 提供内存管理功能：可实现任务缓存和任务拒绝。
- 提供更多功能：比如定时任务，允许任务延期执⾏或定期执⾏。
同时阿⾥巴巴在其《Java开发⼿册》中也强制规定：线程资源必须通过线程池提供，不允许在应⽤中⾃⾏显式创建线程。
4.线程池的创建/使用（2类7种）
4.1.通过Executors（执行器）自动创建（6种）
①Executors.newFixedThreadPool：创建⼀个固定⼤⼩的线程池，可控制并发的线程数，超出的线程会在队列中等待。
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 创建一个固定大小的线程池
*/
public class ThreadPoolDemo1 {
public static void main(String[] args) {
//1.创建了一个包含5个线程的线程池
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
//2.使用submit线程池执行任务一
for (int i = 0; i < 5; i++) {
//给线程池添加任务
threadPool.submit(new Runnable() { //匿名内部类
@Override
public void run() {
System.out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
}
});
}
//2.使用execute线程池执行任务二
for (int i = 0; i < 10; i++) {
//给线程池添加任务
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
}
});
}
}
}
--->PS：submit VS execute
- submit：既支持有返回值，也支持无返回值。（推荐使用）
- execute：只支持无返回值。
--->PS：有返回值的线程池实现
import java.util.Random; import java.util.concurrent.*; /** * 有返回值的线程池 */ public class ThreadPoolDemo2 { public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException { ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5); Futureresult = threadPool.submit(new Callable () { @Override public Integer call() throws Exception{ int num = new Random().nextInt(10); System.out.println("生成随机数:" + num); return num; } }); System.out.println("得到线程池返回结果:" + result.get()); //会有阻塞，会等到拿到返回值之后再去执行后面的代码 } }
上面代码是使用默认的线程工厂。
--->PS：线程池中的线程工厂
作用：为线程池提供线程的创建。
提供的功能：
- 设置线程池中的线程的命名规则。
- 设置线程的优先级。
- 设置线程的分组。
- 设置线程的类型（用户线程、守护/后台线程）。
import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.ThreadFactory; import static java.lang.Thread.MAX_PRIORITY; /** *线程工厂示例演示 */ public class ThreadPoolDemo3 { public static void main(String[] args) { //创建线程工厂 ThreadFactory factory = new ThreadFactory() { @Override public Thread newThread(Runnable r) { //!!!一定要注意要把任务Runnable设置给新创建的线程 Thread thread = new Thread(r); //设置线程的命名规则 thread.setName("我的线程-" + r.hashCode()); //设置线程的优先级 thread.setPriority(MAX_PRIORITY); return thread; } }; ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5,factory); for (int i = 0; i < 5; i++) { service.submit(() -> { //任务 Thread thread = Thread.currentThread(); System.out.println("线程池开始执行了：" + thread.getName() + ",线程优先级：" + thread.getPriority()); }); } } }
线程池里的线程永远处于存活状态，不会自动停止，除非调用线程池终止执行方法。
②Executors.newCachedThreadPool：创建⼀个可缓存的线程池，若线程数超过处理所需，缓存⼀段时间后会回收，若线程数量不够，则新建线程，线程数随任务量而定（前提CPU性能好）。
优点：更多任务数量产⽣相应的线程池。 当有突发的大量的任务时，建议使用此方式。
缺点：占⽤资源数量⽐较多。
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 带缓存的线程池
*/
public class ThreadPoolDemo4 {
public static void main(String[] args) {
//创建线程池
ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {//任务数量总共有1000个，最终执行结果 线程数量大概是300多个
//i必须定义一个参数，才能去使用,必须是一个确定的参数
int finalI = i;
service.submit(() -> {
System.out.println("i:" + finalI + "|线程名称" + Thread.currentThread().getName());
});
}
}
}
若不关闭，会一直执行下去。
③Executors.newSingleThreadExecutor：创建单个线程数的线程池，它可以保证先进先出的执⾏顺序。
--->PS：（常见面试题）newSingleThreadExecutor：创建单个线程数的线程池，那为何不直接使用线程？单线程线程池的意义？
- 复用线程。
- 单线程的线程池提供了任务队列和拒绝策略（当任务队列满了Integer.MAX_VALUE之后，新来的任务就会执行拒绝策略）。
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolDemo7 {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
int finalI = i;
service.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("任务：" + finalI + "线程名:" + Thread.currentThread().getName());
}
});
}
}
}
④Executors.newScheduledThreadPool：创建⼀个可以执⾏延迟任务的线程池。
--->a.延迟执行一次
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 创建执行定时任务的线程池
*/
public class ThreadPoolDemo5 {
public static void main(String[] args) {
//创建线程池
ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5);
System.out.println("添加任务的时间:" + LocalDateTime.now());
//执行一次的定时任务
scheduleTest(service);
}
/**
* 执行一次的定时任务
* @param service
*/
private static void scheduleTest(ScheduledExecutorService service) {
//执行定时任务（延迟3秒执行）。这个延迟任务只能执行一次，不能继续执行。
//延迟执行一次定时任务
service.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("执行了任务:" + LocalDateTime.now());//参数1：执行的任务
}
},3, TimeUnit.SECONDS);//参数2：延迟多久进行执行； 参数3：是参数2的时间单位描述
}
}
--->b.固定频率执行scheduleAtFixedRate
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 创建执行定时任务的线程池
*/
public class ThreadPoolDemo5 {
public static void main(String[] args) {
//创建线程池
ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5);
System.out.println("添加任务的时间:" + LocalDateTime.now());
//2s之后开始执行定时任务，定时任务每隔4s执行一次
service.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("执行任务：" + LocalDateTime.now());
}
},2,4, TimeUnit.SECONDS);
}
}
--->c.固定频率执行scheduleWithFixedDelay
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 创建执行定时任务的线程池
*/
public class ThreadPoolDemo5 {
public static void main(String[] args) {
//创建线程池
ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5);
System.out.println("添加任务的时间:" + LocalDateTime.now());
//2s之后开始执行定时任务，定时任务每隔4s执行一次
service.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("执行时间：" + LocalDateTime.now());
}
},2,4,TimeUnit.SECONDS);
}
}
--->PS：scheduleAtFixedRate VS scheduleWithFixedDelay
①scheduleAtFixedRate 是以上⼀次任务的开始时间，作为下次定时任务的参考时间的（参考时间+延迟任务=任务执⾏）。
import java.time.LocalDateTime; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; import java.util.concurrent.TimeUnit; /** * 创建执行定时任务的线程池 */ public class ThreadPoolDemo5 { public static void main(String[] args) { //创建线程池 ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5); System.out.println("添加任务的时间:" + LocalDateTime.now()); //2s之后开始执行定时任务，定时任务每隔4s执行一次 service.scheduleAtFixedRate(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("执行任务：" + LocalDateTime.now()); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },2,4, TimeUnit.SECONDS); } }
注意：
如果任务执⾏时间⼤于延迟任务设定的间隔时间，则会以任务执行时间为定时任务间隔周期来执行，即哪个值大就用哪个值作为定时任务间隔周期。
public class ThreadPoolDemo5 { public static void main(String[] args) { //创建线程池 ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5); System.out.println("添加任务的时间:" + LocalDateTime.now()); //2s之后开始执行定时任务，定时任务每隔3s执行一次 service.scheduleAtFixedRate(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("执行任务：" + LocalDateTime.now()); try { Thread.sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },2,3, TimeUnit.SECONDS); } }
②scheduleWithFixedDelay 是以上⼀次任务的结束时间，作为下次定时任务的参考时间的。
public class ThreadPoolDemo5 { public static void main(String[] args) { //创建线程池 ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5); System.out.println("添加任务的时间:" + LocalDateTime.now()); //2s之后开始执行定时任务，定时任务每隔4s执行一次 service.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("执行时间：" + LocalDateTime.now()); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } },2,4,TimeUnit.SECONDS); } }
⑤Executors.newSingleThreadScheduledExecutor：创建⼀个单线程的可以执行延迟任务的线程池。
newSingleThreadScheduledExecutor是newScheduledThreadPool的单线程版本。
import java.time.LocalDateTime;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolDemo6 {
public static void main(String[] args) {
//创建执行定时任务的单线程线程池
ScheduledExecutorService service = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
System.out.println("添加任务的时间：" + LocalDateTime.now());
service.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("执行任务：" + LocalDateTime.now());
}
},2, TimeUnit.SECONDS);
}
}
⑥Executors.newWorkStealingPool：根据当前服务器的CPU创建⼀个抢占式执⾏的线程池（任务执⾏顺序不确定）【JDK 1.8 添加】。
优点：智能、高效。
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolDemo8 {
public static void main(String[] args) {
//根据当前设备的配置自动生成线程池
ExecutorService service = Executors.newWorkStealingPool();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
service.submit(() -> {
System.out.println("线程名:" + Thread.currentThread().getName());
});
}
while(!service.isTerminated()){
}
}
}
4.2.通过ThreadPoolExecutor手动创建（1种）
⑦ThreadPoolExecutor：重点掌握，最原始方式，推荐使用。
--->Executors自动创建线程池返回的线程池对象的弊端如下：
- FixedThreadPool和SingleThreadPool：允许的请求队列长度为Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致OOM。
- CachedThreadPool：允许的创建线程数量为Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致OOM。
OOM代码演示：
import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; /** * 演示OOM */ public class ThreadPoolDemo9 { static class OOMClass{ //1M空间（M KB Byte） private byte[] bytes = new byte[1 * 1024 * 1024]; } public static void main(String[] args) { ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool(); Object[] objects = new Object[15]; for (int i = 0; i < 15; i++) { int finalI = i; service.execute(() -> { try { Thread.sleep(finalI * 200); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } OOMClass oomClass = new OOMClass(); objects[finalI] = oomClass; System.out.println("执行第" + finalI + "次"); }); } } }
关于参数设置
- -XX：标准设置，所有 HotSpot 都⽀持的参数。
- -X：⾮标准设置，特定的 HotSpot 才⽀持的参数。
- -D：程序参数设置，-D参数=value，程序中使⽤：System.getProperty("获取")。
- mx 是 memory max 的简称。
《阿里巴巴Java开发手册》中强制规定：线程池不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这样让程序员更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* 手动方式创建线程池
*/
public class ThreadPoolDemo10 {
public static void main(String[] args) {
ThreadFactory factory = new ThreadFactory() {
@Override
public Thread newThread(Runnable r) {
Thread thread = new Thread(r);
return thread;
}
};
//手动方式创建线程池
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 10, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>(100), factory, new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
//设置任务
for (int i = 0; i < 10; i++) {
executor.submit(() -> {
System.out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName());
});
}
//终止线程
executor.shutdown();//当任务执行完直接就结束了
}
}
--->a.ThreadPoolExecutor 参数说明(包含 7 个参数可供设置，最少需要设置5个参数)
-
corePoolSize：核心线程数（正式员工的数量），可以⼤致理解为⻓期驻留的线程数⽬（除⾮设置了allowCoreThreadTimeOut）。对于不同的线程池，这个值可能会有很⼤区别，⽐如 newFixedThreadPool 会将其设置为 nThreads，⽽对于 newCachedThreadPool 则是为0。
-
maximumPoolSize：最大线程数（正式员工+临时员工的数量），就是线程不够时能够创建的最⼤线程数。同样进⾏对⽐，对于newFixedThreadPool，当然就是 nThreads，因为其要求是固定⼤⼩，⽽ newCachedThreadPool 则是 Integer.MAX_VALUE。
-
keepAliveTime：空闲线程的保活时间（针对临时员工），如果线程的空闲时间超过这个值，那么将会被关闭。注意此值⽣效条件必须满⾜：空闲时间超过这个值，并且线程池中的线程数少于等于核⼼线程数 corePoolSize。当然核⼼线程默认是不会关闭的，除⾮设置了allowCoreThreadTimeOut(true)那么核⼼线程也可以被回收。
-
TimeUnit：对参数3的时间单位描述。
-
BlockingQueue：任务/阻塞队列，⽤于存储线程池的待执⾏任务。必须要设置参数值；若不设置参数值，默认为Integer.MAX_VALUE，也会导致OOM问题。
-
threadFactory：用于生成线程的线程工厂，可设置线程属性，⼀般我们可以⽤默认的就可以了。
-
handler：拒绝策略管理器，处理极端问题。当线程池已经满了，但是又有新的任务提交的时候，该采取什么策略由这个来指定。有⼏种⽅式可供选择，像抛出异常、直接拒绝然后返回等，也可以⾃⼰实现相应的接⼝实现⾃⼰的逻辑。
--->b.线程池执行流程
--->c.线程池拒绝策略（4【JDK提供】+1【自定义】）
JDK提供的4种：
①AbortPolicy（默认的拒绝策略）：提示异常，拒绝执行。
②DiscardPolicy：忽略最新的任务。
③DiscardOldestPolicy：忽略旧任务（任务队列中的第一个任务）。
④CallerRunsPolicy：使用调用线程池的线程来执行任务~叫救援。
自定义的1种：
5.线程池状态（5种）
①RUNNING：
线程池创建之后的初始状态，这是最正常的状态：接受新的任务，处理等待队列中的任务。
②SHUTDOWN：
线程池不再接受新的任务提交，但是会继续处理等待队列中的任务，将其执行结束。
③STOP：
线程池不接受新的任务提交，不再处理等待队列中的任务，中断正在执⾏任务的线程。
④TIDYING：
该状态下所有的任务都销毁了，workCount 为 0。会执⾏钩⼦⽅法 terminated()。
⑤TERMINATED：
terminated() ⽅法结束后，线程池的状态就会变成这个。
a.各个状态的转换过程
- RUNNING -> SHUTDOWN：当调⽤了 shutdown() 后，会发⽣这个状态转换，这也是最重要的；
- (RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP：当调⽤ shutdownNow() 后，会发⽣这个状态转换；
- SHUTDOWN -> TIDYING：当任务队列和线程池都清空后，会由 SHUTDOWN 转换为 TIDYING；
- STOP -> TIDYING：当任务队列清空后，发⽣这个转换；
b.shutdown VS shutdownNow
- shutdown 执⾏时线程池终⽌接收新任务，并且会将任务队列中的任务处理完；
- shutdownNow 执⾏时线程池终⽌接收新任务，并且会终⽌执⾏任务队列中的任务。
6.究竟选用哪种线程池？
阿⾥巴巴《Java开发⼿册》给的答案：推荐使⽤ThreadPoolExecutor 的⽅式进⾏线程池的创建，因为这种创建⽅式更可控，并且更加明确了线程池的运⾏规则，可以规避⼀些未知的⻛险。