8.1 线程池

8.1 线程池

1. 自定义线程池

手写线程池实现：见博客 https://blog.csdn.net/hc1285653662/article/details/126131992

2、ThreadPoolExecutor（及其重要）

1) 线程池状态

ThreadPoolExecutor 使用 int 的高 3 位来表示线程池状态，低 29 位表示线程数量

2) 构造方法

  public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) 

• corePoolSize 核心线程数目 (最多保留的线程数，一直存活的线程数)
• maximumPoolSize 最大线程数目
• keepAliveTime 生存时间 - 针对救急线程
• unit 时间单位 - 针对救急线程
• workQueue 阻塞队列
• threadFactory 线程工厂 - 可以为线程创建时起个好名字
• handler 拒绝策略

工作方式：

• 线程池中刚开始没有线程，当一个任务提交给线程池后，线程池会创建一个新线程来执行任务。
• 当线程数达到 corePoolSize 并没有线程空闲，这时再加入任务，新加的任务会被加入workQueue 队列排队，直到有空闲的线程，此时任务会从workQueue取出交给空闲线程执行
• 如果队列选择了有界队列，那么任务超过了队列大小时，会创建 maximumPoolSize - corePoolSize 数目的线程来救急
• 如果线程到达 maximumPoolSize 仍然有新任务这时会执行拒绝策略
  • AbortPolicy 让调用者抛出 RejectedExecutionException 异常，这是默认策略
  • CallerRunsPolicy 让调用者运行任务
  • DiscardPolicy 放弃本次任务
  • DiscardOldestPolicy 放弃队列中最早的任务，本任务取而代之
• 当高峰过去后，超过corePoolSize 的救急线程如果空闲了keepAliveTime时间后，就会被销毁
  

3) newFixedThreadPool

 ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);

// Executors类中有静态方法 newFixedThreadPool
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
 	return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
						 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
 						  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

特点：

• 核心线程数 == 最大线程数（没有救急线程被创建），因此也无需超时时间
• 阻塞队列是无界的，可以放任意数量的任务，所以也没有拒绝策略

4) newCachedThreadPool

ExecutorService service1 = Executors.newCachedThreadPool();

// Executors类中有静态方法 newCachedThreadPool
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());

特点：

• 核心线程数是 0， 最大线程数是 Integer.MAX_VALUE，救急线程的空闲生存时间是 60s，意味着
  • 全部都是救急线程（60s 后可以回收）
  • 救急线程可以无限创建
• 队列采用了 SynchronousQueue 实现特点是，它没有容量，没有线程来取是放不进去的

SynchronousQueue的使用

5) newSingleThreadExecutor

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

使用场景：
希望多个任务排队执行。线程数固定为 1，任务数多于 1 时，会放入无界队列排队。任务执行完毕，这唯一的线程也不会被释放。

newSingleThreadExecutor和newFixedThreadPool的区别：

• 自己创建一个单线程串行执行任务，如果任务执行失败而终止那么没有任何补救措施，而线程池还会新建一个线程，保证池的正常工作
• Executors.newSingleThreadExecutor() 线程个数始终为1，不能修改
  • FinalizableDelegatedExecutorService 应用的是装饰器模式，只对外暴露了 ExecutorService 接口，因此不能调用 ThreadPoolExecutor 中特有的方法
• Executors.newFixedThreadPool(1) 初始时为1，以后还可以修改
  • 对外暴露的是 ThreadPoolExecutor 对象，可以强转后调用 setCorePoolSize 等方法进行修改

6) 提交任务

线程池提交任务
execute

// 执行任务
void execute(Runnable command);

submit

// 提交任务 task，用返回值 Future 获得任务执行结果
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);


@Slf4j(topic = "c.TestSubmit")
public class TestSubmit {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);
        TestSubmit.method1(pool);
    }

    private static void method1(ExecutorService pool) throws InterruptedException, ExecutionException {
        Future<String> future = pool.submit(() -> {
            log.debug("running");
            Thread.sleep(1000);
            return "ok";
        });

        log.debug("{}", future.get());
    }
}

invokeAll

// 提交 tasks 中所有任务，带超时时间，List>接收返回结果
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
 	long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;


public class TestSubmit {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);
        TestSubmit.method2(pool);
    }
    private static void method2(ExecutorService pool) throws InterruptedException {
        List<Future<String>> futures = pool.invokeAll(Arrays.asList(
                () -> {
                    log.debug("begin");
                    Thread.sleep(1000);
                    return "1";
                },
                () -> {
                    log.debug("begin");
                    Thread.sleep(500);
                    return "2";
                },
                () -> {
                    log.debug("begin");
                    Thread.sleep(2000);
                    return "3";
                }
        ));

        futures.forEach( f ->  {
            try {
                log.debug("{}", f.get());
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

invokeAny

// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
 	throws InterruptedException, ExecutionException;

public class TestSubmit {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);
        TestSubmit.method3(pool);
    }

    private static void method3(ExecutorService pool) throws InterruptedException, ExecutionException {
        String result = pool.invokeAny(Arrays.asList(
                () -> {
                    log.debug("begin 1");
                    Thread.sleep(1000);
                    log.debug("end 1");
                    return "1";
                },
                () -> {
                    log.debug("begin 2");
                    Thread.sleep(500);
                    log.debug("end 2");
                    return "2";
                },
                () -> {
                    log.debug("begin 3");
                    Thread.sleep(2000);
                    log.debug("end 3");
                    return "3";
                }
        ));
        log.debug("{}", result);
    }
}

// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消，带超时时间
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
		 long timeout, TimeUnit unit)
 			throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;

7) 关闭线程池

shutdown()

线程池状态变为 SHUTDOWN

• 不会接收新任务
• 已提交的任务会执行完
• 此方法不会阻塞调用线程的执行

shutdownNow()

线程池状态变为 STOP

• 不会接收新任务
• 会将队列中的任务返回
• 并用 interrupt 的方式中断正在执行的任务

其他方法

// 不在 RUNNING 状态的线程池，此方法就返回 true
boolean isShutdown();

// 线程池状态是否是 TERMINATED
boolean isTerminated();

// 调用 shutdown 后，由于调用线程并不会等待所有任务运行结束，因此如果它想在线程池 TERMINATED 后做些事
// 情，可以利用此方法等待
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

8) 任务调度线程池

在『任务调度线程池』功能加入之前，可以使用 java.util.Timer 来实现定时功能，Timer 的优点在于简单易用，但由于所有任务都是由同一个线程来调度，因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务

private static void method1() {
        Timer timer = new Timer();
        TimerTask task1 = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                log.debug("task 1");
                sleep(2);
            }
        };
        TimerTask task2 = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                log.debug("task 2");
            }
        };

        log.debug("start...");
        timer.schedule(task1, 1000);
        timer.schedule(task2, 1000);
    }

使用 ScheduledExecutorService 改写：

private static void method2(ScheduledExecutorService pool) {
        pool.schedule(() -> {
            log.debug("task1");
            int i = 1 / 0;
        }, 1, TimeUnit.SECONDS);

        pool.schedule(() -> {
            log.debug("task2");
        }, 1, TimeUnit.SECONDS);
    }

public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2);
        log.debug("main start ...");
        method2(pool);
    }

scheduleAtFixedRate

scheduleWithFixedDelay

9) 正确处理执行任务异常

方法1：主动捉异常

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);
        pool.submit(() -> {
            try {
                log.debug("task1");
                int i = 1 / 0;
            } catch (Exception e) {
                log.error("error:", e);
            }
        });

方法2：使用 Future

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);
        Future<Boolean> f = pool.submit(() -> {
            log.debug("task1");
            int i = 1 / 0;
            return true;
        });
        log.debug("result:{}", f.get());

10）Tomcat线程池

之后进行补充

3、Fork/Join

1）概念
Fork/Join 是 JDK 1.7 加入的新的线程池实现，它体现的是一种分治思想，适用于能够进行任务拆分的 cpu 密集型运算

Fork/Join 在分治的基础上加入了多线程，可以把每个任务的分解和合并交给不同的线程来完成，进一步提升了运算效率

Fork/Join 默认会创建与 cpu 核心数大小相同的线程池

2）使用
之后补充