【Java EE】-多线程编程(八) 多线程案例之线程池&&工厂模式

作者：学Java的冬瓜
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专栏：【JavaEE】
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主要内容：什么是线程池，线程池的应用，用普通方法替代构造方法实现工厂模式。线程池标准库的使用，变量捕获，关于线程池的源码分析，ThreadPoolExecutor的构造方法参数分析，线程池拒绝策略。自定义实现线程池。

一、线程池

1、什么是线程池

       我们知道，线程池、数据库连接池、字符串常量池等是一种类型的，就是用一个容器，把同类型的东西装进这个容器，便于后面使用，所以叫做"池"。
       那么我们为什么要使用线程池？当线程数量足够多时，我们发现线程申请资源和释放资源的花费时间也会达到一个高度，使我们的程序效率变低，此时有两种方法：1、搞一个比线程更轻量的线程，协程/纤程，go中就有纤程，所以go对并发编程有着优势；2、可以使用线程池，在创建线程池的时候一次创建多个线程对象，待使用线程时，从线程池中取出线程执行任务。
       那么为什么使用线程池要快呢？因为如果不使用线程池，线程对象在应用程序中实例化，并通过操作系统提供的api创建和管理线程(包括销毁)；而使用线程池后，线程池中的线程对象不是由操作系统创建的，而是由线程池管理程序在程序运行时动态创建。我们知道应用程序的执行要比操作系统执行快很多。因此当我们需要使用多个线程来执行任务时，线程池就可以很大的提高效率。

2、工厂模式

• 使用线程池时，用下图的方式创建线程池，调用用Executors的静态方法来创建对象(这里的对象是线程池)。再用ExecutorService接收(后面会分析为什么)。
  Executors这样的类叫做：工厂类
  newFindThreadPool()这样的方法叫做：工厂方法，这里就使用了工厂模式这种设计模式。
  工厂模式：使用普通方法，来代替构造方法，创建对象。
  
• 那么为什么不使用构造方法？其原因就是构造方法在创建对象时，要创建不同类型的对象，应该写两个构造方法，让这两个方法构成重载，但是有时候可能无法构成重载。
  举一个简单的例子：写一个点的类，用笛卡尔坐标系和极坐标系两种方式构造点对象。我们想想，因为参数类型和个数都一样，两个构造方法无法构成重载，所以会产生冲突。
  如果Executors是使用构造方法构造的线程池，那么它的构造方法也会有这种冲突，但是使用静态方法则可以让名字不同，就很轻易地区分开来。这样工厂类的工厂方法方法就可以无限扩展，而不需要考虑创建对象时出现上述问题。

public class Point{
	// 笛卡尔坐标系构造方法
	public Point(double x, double y) {}
	// 极坐标系构造方法
	public Point(double r, double a) {}
}

3、使用标准库的线程池

1> 多少线程数合适？

• 只能根据具体的项目来看，看吃了多大CPU，占了多大内存，效率如何等等。
  因为不同的情况需要的线程数不同。
  CPU密集型：因为8核16线程已经全部在跑，那么再申请线程也没啥用，反而可能会降低效率。（这里的8核是物理核心，16个线程是逻辑核心，每个物理核心里面有2个逻辑核心）
  IO密集型：在等待IO时，我可以申请较多线程，等IO结束，就开始运行。
• 下面代码理解：在下面代码中，我们申请了一个线程个数为10个的线程池，然后有100个任务需要线程池来执行
  使用pool.submit()方法来使用线程池执行任务。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            int n = i;
            pool.submit(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(n);
                }
            });
        }
    }
}

2> 变量捕获

• 在java1.8之前，变量捕获只能捕获final修饰的变量，在jdk1.8开始，不要求必须final修饰，只要不做修改的变量就可以捕获。
  在下面的代码中，如果去掉第4行代码，第9行打印i，那就会报错。因为i是一直在改变的。i 的生命周期结束时是整个for循环结束，而 n的生命周期是 for循环单次执行内，所以n的值是没有被修改的，因此可以变量捕获。
  

3> 包装类Executor的工厂方法和ThreadPoolExecutor分析

• 我们在上面已经说了Executor是一个工厂类，提供了下图中的工厂方法，用于创建不同类型的线程池。
  
• 那么，为什么使用ExecutorService接收线程池对象呢？我们继续往下看。
  
  当我们点进newFixedThreadPool方法后，发现返回的是一个ThreadPoolExecutor对象，其实我们在Executor这个工厂类的工厂方法中的返回值都是ThreadPoolExecutor类型的，只是传入的参数不同，所以最终实现的线程池不一样。
  接下来我们看继承关系。ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService这个抽象类，而AbstractExecutorService抽象类实现了ExecutorService接口。因此相当于ThreadPoolExecutor类实现了ExecutorService接口，因此可以使用ExecutorService接收线程池对象。
  

4> ThreadPoolExecutor构造方法参数分析

@ 部分参数分析：

• 这几个构造方法中最后一个构造方法的参数最多，且包含前面的所以构造方法。我们来分析ThreadPoolExecutor类的最后一个构造方法的的参数分析：
  ThreadPoolExecutor类里的线程分为两类：一类是正式员工(核心线程)，一类是零时工(空闲线程)
  1.corePoolSize:核心线程数
  2.maximumPoolSize:总线程数（正式员工和零时工之和就是总线程数）
  3.keepAliveTime和unit:二者一起描述零时工(空闲线程)最大摸鱼时间，keepAliveTime是空闲线程等待工作的最大时间，unit是时间的单位。
  4.BlockingQueue workQueue是使用阻塞队列，因为如果当前没有任务需要执行，那线程池中的线程应当陷入阻塞；或者任务满了，那任务入队会先阻塞。
  5.threadFactory:用于创建线程。
  

@ 线程池拒绝策略参数分析(Hander 重点)：

• Hander描述了线程池的"拒绝策略"，即如果当前线程池任务队列满了，可以采取的策略。
  6.Hander有以下四种类型：
  

二、自定义实现线程池

• 使用阻塞队列来存任务
• 和定时器的部分一样，使用一个线程来取出队列中的任务元素，然后执行。在这里，任务在线程池中的线程中执行。

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

// 自定义线程池
class MyThreadPool{
    BlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
    // 构造方法，创建线程，且取出任务队列中的任务，在进行执行。
    public MyThreadPool(int n){
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(()->{
                while (true){
                    try {
                        Runnable task = queue.take();
                        task.run();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
            t.start();
        }
    }
    // 向任务队列添加任务
    public void submit(Runnable runnable) throws InterruptedException {
        queue.put(runnable);
    }

}
// Main测试类
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThreadPool pool = new MyThreadPool(10);
        for (int j = 0; j < 100; j++) {
            int n = j;
            pool.submit(new Runnable() {  // runnable描述每个任务
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(n);
                }
            });
        }
    }
}