（JavaEE）（多线程案例）线程池 （简单介绍了工厂模式）（含经典面试题ThreadPoolExector构造方法）

线程诞生的意义，是因为进程的创建/销毁，太重了（比较慢），虽然和进程比，线程更快了，但是如果进一步提高线程创建销毁的频率，线程的开销就不能忽视了。

这时候我们就要找一些其他的办法了。

有两种典型的办法可以进一步提高这里的效率：

1： 协程 （轻量级线程，相比于线程，把系统调度的过程给省略了，变成由程序员手工调度）

（当下，一种比较流行的并发编程的手段，但是在Java圈子里，协程还不够流行，GO和Python用的比较多）

2：线程池（Java用的）

接下来我们就来介绍一些线程池 

线程池

优化频繁创建销毁线程的场景 

首先，我们先来了解一下什么是池：

池 

假设一个美女，有很多人追，美女就从这些人里面挑了一个她最喜欢的交往，交往一段时间之后，美女她腻了，她想换一个男朋友，那她接下来就要干两件事

1：想办法和这个男的分手，需要一些技巧，比如挑他毛病，作 之类的

2：再找一个小哥哥，培养感情，然后交往 

但是这样的效率就比较低啦，有没有什么办法来提高一些效率呢？

当然有，只有美女在和前一个交往的时候，和另一个或多个小哥哥，搞暧昧（养），把他们都放到自己的鱼塘里，那和上一个分手，下一个男朋友来的就很快了。 

我们还是只做了两步，只是把第二步提前了。 

那“鱼塘”里的这些人，我们通常叫他们 —— “备胎” 

那这个“鱼塘” 就 可以看成 “池” ，来放“备胎”

同样的，线程池，就是在使用第一个线程的时候，提前把 2，3，4，5...(多个)线程创建好（相对于前面的培养感情），那后续我们想使用新的线程的时候，就不必重新创建了，直接拿 池 里的线程用就行了。（此时创建线程的开销就被降低了）

为什么，从池子里取的效率比新创建线程效率高？

这是因为，从池子里取 这个动作，是存粹的 用户态 的操作，而创建新的线程，这个动作，则是需要 用户态 + 内核态 相互配合完成的操作。

内核态 和  用户态 

如果一段程序，是在系统内核中执行的，此时就称为“内核态” ，如果不是，则称为“用户态”

操作系统，是由 内核 + 配套的应用程序 构成的，

内核：系统最核心的部分

创建线程操作，就需要调用系统 api，进入到内核中，按照内核态的方式来完成一系列动作。

内核态的操作要比 纯用户态的操作开销要更大 ：至于为什么，我们来举一个例子解释一下：

银行办业务的例子 

首先这个来办理业务的人他不能 进入柜台后面，只能在大厅里，

这个人想来办张银行卡，需要身份证复印件，但是这个人他忘带了，那此时柜台的服务人员就给了他两个选择：

1：把身份证给她，她去帮他复印

2：大厅的角落，有一个自助复印机，他可以去那里自己复印 

那这两个选择中的第二个，自己复印就是纯 用户态操作（这个人可以立即去复印，完事后立即回来办理业务，整个过程非常利落，非常可控）

但是如果交给 柜台的服务人员（第一个选择），这个过程就涉及到 内核态 操作了，那此时，你把东西交给他俩，你也不知道柜员消失之后去做了那些事情，也不是的她啥时候回来，整个过程是不可控的。

操作系统内核，是要给所有的进程提供服务的，当你要创建线程的时候，内核虽然会帮你做，但是做的过程中难免也要做一些其他的事情。那在你这边的结果，就不是那么可控。

上述就是内核态 和 用户态的区别 。

Java标准库中的线程池
 

线程池的创建 

我们发现了，线程池这个对象不是我们直接 new 的，而是通过一个专门的方法，返回了一个线程池的对象。 

这种写法就涉及到了 “工厂模式”（校招常考的设计模式）（和上一篇介绍的 单例模式 并列） 

 工厂模式

工厂模式的作用？ 

通常我们创建对象 都是使用 new，new 关键字就会触发 类的构造方法，但是构造方法，存在一定的局限性。

“工厂模式” 就是给 构造方法填坑的。 

 那 “工厂模式” 具体是填的什么 坑 呢，我们举一个例子：

 假设 考虑 一个类，来表示平面上的点

然后我们给这个类提供构造方法：

第一个构造方法： 

期待使用笛卡尔坐标系来构造对象。 

 

第二个构造方法：

使用极坐标来构造对象 

但是编译失败了。 

 

 原因：

很多时候，我们希望构造一个对象，可以有多种构造方式 。那多种方式，我们就需要使用多个版本的构造方法来分别实现，但是构造方法要求方法的名字必须是类名，不同的构造方法 只能通过 重载 的方式来区分了，而重载又要求 参数类型 或 个数 不同。

而上面的两个构造方法 很明显没有构成 重载，当然会编译失败。 

这就是 构造方法的局限性 。

那“工厂模式”就能解决上述问题 ：

使用普通的方法，代替构造方法完成初始化工作，普通的方法就可以使用方法的名字来区分了。也就不受 重载的规则制约了。

工厂模式实践 

在实践中，我们一般单独 搞一个类，然后给这个类搞一些静态方法，由这些静态方法负责构造出对象 

伪代码 

class PointFactory {
    public static Point makePointByXY(double x, double y) {
        Point point = new Point();
        point.setX(x);
        point.setY(y);
        return p;
    }
    public static Point makePointByRA(double r, double a) {
        //和上边类似
    }
} 

class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //使用 Point p = PointFactory.makePointByXY(10,20); 
    }
}

上述介绍之后，我们就知道了为啥 线程池 的 对象我们不直接 new 了

 

这种方法就是 工厂模式 

不同的几种线程池 

第一种： 

此时构造出的线程池对象，有一个基本特点，线程数目是能够动态适应的。

cached: 缓存，用过之后不着急释放，先留着以备下次使用。

也就是说，随着往线程池里添加任务，这个线程池中的线程会根据需要自动被创建出来，创建出来之后也不会着急销毁，会在池子里保留一定的时间，以备随时再使用。

 

除了上边的线程池，我们还有其他的线程池：

第二种 ：

这个方法就需要我们指定 创建几个线程，线程个数是固定的 （Fix：固定）

第三种：

只有单个线程的线程池： 

第四种 ：

类似于 定时器， 只是 不是只有一个 扫描线程 负责执行任务了，而是有多个线程执行时间到的任务.

 第一种和第二种常用

上述这几个工厂方法生成的线程池，本质上都是对 一个类进行的封装 ——  ThreadPoolExector

ThreadPoolExector 这个类的功能十分丰富，它提供了很多参数，标准库中上述的几个工厂方法，其实就是给这个类填写了不同的参数来构造线程池。 

 ThreadPoolExector 的使用方式

ThreadPoolExector 的核心方法：

1.构造方法

2.注册任务（添加任务）

注册任务(简单)：submit 

 

⁜⁜ 构造方法⁜⁜【经典面试题】

构造方法中的参数，很多，且重要， 

我们打开Java文档     Overview (Java Platform SE 8 ) (oracle.com)

打开这个包  juc —— 这个包里放的试和 “并发编程” 相关的内容（Java中，并发编程最主要的体现形式就是多线程)

 

点进这个包然后往下找： 

 

然后我们直接翻到构造方法 ：

 

上面的四个构造方法，都差不多，就是参数个数 不一样，第四个 参数最多，能够涵盖上述的三个版本。 

所有我们重点看第四个构造方法： 

 

这一组参数，描述了线程池中，线程的数目： 

 

 

这个线程池里的线程 的数目试可以动态变化的，

变化的范围就是【corePoolSize, maximumPoolSize】

那 “核心线程”  和 “最大线程” 如何理解呢？

如果把一个线程池，理解为一个公司，此时，公司里有两类员工

        1.正式员工

        2.实习生

那正式员工的数目，就是核心线程数，正式员工 + 实习生的数目就是最大线程数

正式员工和实习生的区别：

正式员工，允许摸鱼，不会因为摸鱼被公司开除，有劳动法罩着。

但是实习生，不允许摸鱼，如果这段时间任务多了，此时，就可以多搞几个实习生去干活，如果过段时间任务少了，并且这样的状态还持续了一定时间，那空闲的实习生就可以裁掉了。

这样做，既可以满足效率的要求，又可以，避免过多的系统开销 。

ps： 

 使用线程池，需要设置线程的数目，数目设置多少合适？

 一定不是一个具体的数字！！！因为在接触到实际的项目代码之前，这个数目是无法确定的！！！

一个线程 执行的代码，主要有两类：

1.cpu 密集型：代码里主要的逻辑是在进行 算术运算/逻辑判断。

2.IO 密集型：代码里主要进行的是IO操作。

—— 假设一个线程的所有代码都是 cpu 密集型代码，这个时候，线程池的数量就不应该超过N，就算设置的比N大，此时也无法提高效率，因为cpu吃满了。

—— 假设一个线程的所有代码都是 IO 密集型代码，这个时候不吃cpu，此时设置的线程数，就可以是超过N，（一个核心可以通过调度的方式来并发执行）

上述，我们就知道了，代码不同，线程池的线程数目设置就不同，我们无法知道一个代码，具体多少内容是cpu密集，多少内容是IO密集。所以我们无法确定 数目设置多少合适。

正确做法：使用实验的方式，对程序进行性能测试，测试的过程中尝试修改不同的线程池的线程数目，看那种情况，更符合要求。

这一组参数，描述了允许实习生摸鱼的时间，（实习生不是 一摸鱼就马上被开除）

 

 

这个参数的意思是 阻塞队列 ，用来存放线程池里的任务。

 

可以根据需要，灵活设置这里的队列是啥，比如需要优先级， 就可以设置 PriorityBlockingQueue

如果不需要 优先级，并且任务数目是相对恒定的，可以使用 ArayyBlockingQueue，如果不需要优先级，并且任务数目变动比较大，就可以用 LinkedBlockingQueue

 

这个参数就是 工厂模式的体现 ，此处使用 ThreadFactory 作为 工厂类 由这个类负责创建线程

 

使用工厂类来创建线程，主要是为了在创建线程的过程中，对线程的属性做出一些设置。 

如果手动创建线程，就得手动设置这些属性，就比较麻烦，使用工厂方法封装一下，就更方便。 

 

下面这个参数是最重要的  ，是线程池的拒绝策略

 

一个线程池，能容纳的任务数量，有上限，当持续往线程池里添加任务的时候，一旦达到了上限，还继续添加，会出现什么效果？

拒绝策略就是来解决这个问题的： 不同的拒绝策略有不同的效果。

 

 上面的这四个就是不同的拒绝策略

如果队列满了，再添加就直接抛出异常 

 

新添加的任务，由添加任务的线程负责执行 

 

丢弃最老的任务 

 

丢弃当前新加的任务 

 

 实现一个简单的线程池

这个代码比较简单，就不多说了，代码里都有注释 

import java.awt.*;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * @Author: iiiiiihuang
 */
public class ThreadPool {
    //任务阻塞队列
    private BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue<>(4);
    
    //通过这个方法，把任务添加到队列中
    public void submit(Runnable runnable) throws InterruptedException {
        //此处的拒绝策略，相当于第五种策略，阻塞等待（下策）
        queue.put(runnable);
    }
    //构造方法
    public ThreadPool(int n) {
        //创建出n个线程，负责执行上诉队列中的任务
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            Thread t = new Thread(() -> {
                //让这个线程，从队列中消费任务，并执行
                try {
                    //取出
                    Runnable runnable = queue.take();
                    //执行
                    runnable.run();
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                
            });
            t.start();
        }
    }
}

 

 

 

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