第二十二章、Java通过Executors提供五种线程池

Executors目前提供了5中不同的线程池创建配置:

1、newCachedThreadPool():它是一种用来处理大量短时间工作任务的线程池,具有几个鲜明特点:它会试图缓存线程并重用,当午缓存线程可用时,就会创建新的工作线程;如果线程闲置的时间超过60秒,则被终止并移出缓存;长时间闲置时,这种线程池,不会消耗什么资源。其内部使用SynchronousQueue作为工作队列;

2、newFixedThreadPool(int nThreads),重用指定数目(nThreads)的线程,其背后使用的时无界的工作队列,任何时候最多有nThreads个工作线程时活动的。如果任务数量超过了活动队列数目,将在工作队列中等待空闲线程出现;如果有工作线程退出,将会有新的工作线程被创建,以补足指定的数目nThreads;

3、newSingleThreadExecutor(),它的特点在于工作线程数目被限制为1,操作一个无界的工作队列,所以它保证了所有任务都是被顺序执行,最多会有一个任务处于活动状态,并且不允许使用者改动线程池实例,因此可以避免其改变线程数目;

4、newSingleThreadScheduleExecutor()和newScheduledThreadPool(int corePoolSize),创建的时个ScheduledExecutorService,可以进行定时或周期性的工作调度,区别在于单一工作线程还是多个工作线程;

5、newWorkStealingPool(int parallelism),这时一个经常被人忽略的线程池,JAVA8才加入这个创建方法,其内部会构建ForkJoinPool,利用Work-Stealing算法,并行地处理任务,不保证处理顺序。


Executor框架的基本组成

各个类型的设计目的

1、Executor是一个基础的接口,其初衷是将任务提交和任务执行细节解耦,这一点可以天汇其定义的唯一方法。

  void execute(Runnable command);

2、ExecutorService则更加完善,不仅提供service管理,比如shutdown等方法,也提供了更加全面的提交任务机制,如返回Future而不是 void 的 submit 方法

   Future submit(Callable task);

注意,这个例子输入的可是Callable,它解决了Runnable无法返回结果的困扰。

3、Java标准类库提供了几种基础实现,比如 ThreadPoolExecutor、ScheduledThreadPoolExecutor、ForkJoinPool。这些线程池设的设计特点在于其高度的可调节性和灵活性,以尽量满足复杂多变的实际应用场景,我会进一步分析其构建部分的源码,剖析这种灵活性的源头。

4、Executors则从简化使用的角度,为我们提供了各种方便的静态工长方法。

阿里发布的 Java开发手册中强制线程池不允许使用 Executors 去创建,而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式,这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则,规避资源耗尽的风险

下面从源码角度,分析线程池的设计与实现,将主要围绕最基础的ThreadPoolExecutor源码。ScheduledThreadPoolExecutor是ThreadPoolExecutor的扩展,主要是增加了调度逻辑。而ForkJoinPool则是为了ForkJoinTask定制的线程池,与通常意义的线程池有所不同。

在现实应用中,理解应用于线程池的交互和线程池内部的工作过程,可以参考下图。


 简单理解一下:

1、工作队列负责存储用户提交的各个任务,这个工作队列,可以是容量为0的 SynchronousQueue(使用newCachedThreadPool),也可以是像固定大小线程池(newFixedThreadPool)那样使用LinkedBlockingQueue。

  private final BlockingQueue workQueue;

2、内部的“线程池”,这是指保持工作线程的集合,线程池需要在运行过程中管理线程创建、销毁。例如,对于带缓存的线程池,当任务压力较大时,线程池会创建新的工作线程;当业务压力退去,线程池会闲置一段时间(默认60秒)后结束线程。

  private final HashSet workers = new HashSet();

  线程池的工作线程被抽象为静态内部类Worker,基于AQS实现

3、ThreadFactory提供上面所需要的创建线程逻辑。

4、如果任务提交时被拒绝,比如线程池已处于SHUTDOWN状态,需要为其提供处理逻辑,Java 标准库提供了类似 ThreadPoolExecutor.AbortPolicy 等默认实现,也可以按照实际需要自定义。

从上面的分析,就可以看出线程池的几个基本组成部分,一起都体现在线程池的构造函数中,从字面我们就可以猜测到其用意:

1、corePoolSize, 稍微的核心线程数,可以大致理解为长期驻留的线程数目(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则设为0。

2、maximumPoolSize,顾名思义,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,以为其要求是固定大小,而newCachedThreadPool则是Integer.VALUE。

3、keepAliveTime和TimeUnit,这两个参数指定了额外的线程能够闲置多久,显然有些线程池不需要它。

4、workQueue,工作队列,必须是BlockingQueue。

通过配置不同的参数,我们就可以创建出行为大相径庭的线程池,这就是线程池高度灵活性的基础。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,

int maximumPoolSize,

long keepAliveTime,

TimeUnit unit,

BlockingQueue workQueue,

RejectedExecutionHandler handler) {

this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,

Executors.defaultThreadFactory(), handler);

}


newCachedThreadPool

创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。示例代码如下:


newCachedThreadPool

线程池为无限大,当执行第二个任务时第一个任务已经完成,会复用执行第一个任务的线程,而不用每次新建线程。



newFixedThreadPool

创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。示例代码如下:


newFixedThreadPool

因为线程池大小为3,每个任务输出index后sleep 2秒,所以每两秒打印3个数字。

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()



newScheduledThreadPool

创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下:


延迟3秒执行


延迟1秒后每3秒执行一次




newSingleThreadExecutor

创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下:


顺序执行各个任务

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