【多线程】线程池

一、线程池的七个参数：

• 1.corePoolSize：线程池中的常驻核心线程数
• 2.maxinumPoolSize：线程池中能够容纳同时执行的最大线程数，此值必须大于等于1
• 3.keepAliveTime：多余的空闲线程的存活时间，当前线程池数量超过corePoolSize时，当空闲时间达到keepAliveTime时，多余空闲线程会被销毁直到只剩下corePoolSize个线程为止
• 4.unit：keepAliveTime的单位
• 5.workQueue：任务队列，被提交但是尚未被执行的任务
• 6.threadFactory：表示生成线程池中工作线程的线程工厂，用于创建线程一般用默认的即可
• 7.handler：拒绝策略，表示当队列满了并且工作线程-大于等于线程池的数量最大线程数（maxinumPoolSize）时如何来拒绝请求执行的runnable的策略

二、ThreadPoolExecutor

2.1 线程池状态

• 1.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.RUNNING：高3位为111，可以接收新任务，可以处理阻塞队列任务
• 3.SHUTDOWN：高3位为000，不能接收新任务，可以处理阻塞队列任务；不会接收新任务，会处理阻塞队列剩余任务
• 4.STOP：高3位为001，不能接收新任务，不可以处理阻塞队列任务；会中断正在执行的任务，并抛弃阻塞队列任务
• 5.TIDYING：高3位为010，任务全执行完毕，活动线程为0，即将进入终结
• 6.TERMINATED：终结状态
• 7.从数字上比较，TERMININATED>TIDYING>STOP>SHUTDOWN>RUNNING
• 8.这些信息存储在一个原子变量ctl中，目的是将线程池状态与线程个数合二为一，可以用一次cas原子操作进行赋值

// c为旧值，ctlOf返回结果为新值
ctl.compareAndSet(c,ctlOf(targetState,workerCountOf(c))));

// rs为高3位代表线程池状态，wc为低29位代表线程个数，ctl是合并它们
private static int ctlOf（int rs, int wc）{return rs|wc;}

2.2 构造方法

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

• 1.corePoolSize：核心线程数目，最多保留的线程数
• 2.maximumPoolSize：最大线程数目
• 3.keepAliveTime：生存时间-针对救急线程
• 4.unit时间单位-针对救急线程
• 5.workQueue：阻塞队列
• 6.threadFactory：线程工厂-可以为线程创建时起个好名字
• 7.handler：拒绝策略

三、原理

3.1 过程

• 1.线程池中的线程分为核心线程和救急线程
• 2.核心线程和救急线程都是懒加载的，有任务时才进行创建
• 3.线程池初始时核心线程数为0，来一个任务则创建一个核心线程，直到达到最大核心线程数
• 4.当核心线程数都被占用，再来任务则将任务放入阻塞队列
• 5.当核心线程数都被占用，且阻塞队列满了，再来任务时，则会创建救急线程来处理该任务
• 6.救急线程执行任务结束且空闲后，存活keepAliveTime+unit时间后会自动销毁
• 7.核心线程执行任务结束且空闲后，也不会消失
• 8.核心线程数都被占用，阻塞队列都满了，且救急线程也被占用，再来任务则会执行拒绝策略

3.2 说明

• 1.线程池中一开始没有线程，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
• 2.当线程数达到corePoolSize并没有线程空闲，此时再加入任务，新加的任务会被加入workQueue队列排队，直到有空闲的线程
• 3.如果队列选择了有界队列，任务超过了队列大小时，会创建（maxi mumPoolSize-corePoolSize）数目的救急线程来救急
• 4.如果线程到达maximumPoolSize仍然有新任务，此时会执行拒绝策略
• 5.jdk提供了4种拒绝策略的实现
• 6.当任务高峰过去后，超过corePoolSize的救急线程如果一段时间没有任务做，需要结束节省资源，这个时间由keepAliveTime和unit来控制

四、 拒绝策略

4.1 jdk提供的

• 接口：RejectedExecutionHandler
• 1.AbortPolicy：让调用者抛出RejectedExecutionException异常，默认策略
• 2.CallerRunsPolicy：让调用者完成任务
• 3.DiscardPolicy：放弃本次任务
• 4.DiscardOldestPolicy：放弃队列中最早的任务，本任务取而代之

4.2 其它开源框架提供的

• 1.Dubbo：在抛出RejectedExecutionException异常之前会记录日志，并dump线程栈信息，方便定位问题
• 2.Netty：是创建一个新的线程来执行任务
• 3.ActiveMQ：带超时等待（60s）尝试放入队列
• 4.PinPoint：使用了一个拒绝策略链，会逐一尝试策略链中每种拒绝策略

四、 jdk提供的线程池

4.1 newFixedThreadPool

• 1.固定大小的线程池
• 2.核心线程数等于最大线程数，不会创建救急线程，无需超时时间以及时间单位
• 3.阻塞队列是无界的，相对耗时的任务
• 4.适用于任务量已知，相对耗时的任务

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
   return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue());
}

4.2 newCachedThreadPool

• 1.带缓存的线程池
• 2.核心线程数是0，最大线程数是Integer.MAX_VALUE，救急线程的空闲时间是60s，
• 3.全部都是救急线程，救急线程空闲后，60s后可以回收
• 4.救急线程可以无线创建
• 5.队列采用了SynchronousQueue实现，没有容量，没有线程消费的话是存放不了的

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue());
}

4.3 newSingleThreadExecutor

• 1.单线程线程池
• 2.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
• 3.任务执行完毕，这唯一的线程也不会被释放
• 4.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没有任何补救措施，单线程线程池可以新建一个线程，保证线程池的正常工作
• 5.Executors.newSingleThreadExecutor()线程个数始终为1，不能修改
• 6.FinalizableDelegatedExecutorService应用的是装饰器模式，只对外暴露了ExecutorService接口，不能调用ThreadPoolExecutor中特有的方法
• 7.Executors.newFixedThreadPool(1)初始为1，可以修改，对外暴露的是ThreaddPoolExecutor对象，可以强转后调用setCorePoolSize等方法进行修改

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

五、 提交任务

5.1 execute

• 1.执行任务

void execute(Runnable command)

5.2 submit

• 2.提交任务task，用返回值Future获得任务执行结果

 Future submit(Callable task)

示例

package com.learning.threadpool;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * @Description 提交任务
 */
@Slf4j
public class SubmitLearning {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        Future future = pool.submit(() -> {
            log.debug("running");
            Thread.sleep(1000);
            return "ok";
        });
        log.debug("{}", future.get());
    }
}

5.3 invokeAll

• 3.提交tasks中所有任务

 List> invokeAll(Collection> tasks)
            throws InterruptedException

• 4.提交tasks中所有任务，带超时时间

 List> invokeAll(Collection> tasks,
                                             long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException

示例

package com.learning.threadpool;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

/**
 * @Description 提交任务
 */
@Slf4j
public class invokeAllLearning {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        List> 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(future -> {
            try {
                log.debug("{}", future.get());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

5.3 invokeAny

• 5.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 invokeAny(Collection> tasks) 
			throws InterruptedException, ExecutionException

• 6.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 invokeAny(Collection> tasks,
                               long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException

示例

package com.learning.threadpool;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.util.Arrays;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * @Description invokeAny
 **/
@Slf4j
public class InvokeAnyLearning {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
        String result = pool.invokeAny(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";
                }
        ));
        log.debug("{}", result);
    }
}

六、关闭线程池

6.1 shutdown

• 1.线程池状态变为shutdown
• 2.不会接收新任务
• 3.已提交任务会执行完
• 4.此方法不会阻塞调用线程的执行

6.2 shutdownNow

• 1.线程池状态变为stop
• 2.不会接收新任务
• 3.会将队列中的任务返回
• 4.并用interrupt的方式中断正在执行的任务

七、其它方法

7.1 isShutdown

• 1.不在running状态的线程池，此方法返回true

7.2 isTerminated

• 2.线程池状态是否是terminated

7.2 awatiTermination

• 3.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