《Java并发编程的艺术》2 第九章 Java中的线程池

第九章、Java中的线程池

Java中的线程池时运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。

合理地使用线程池能带来三个好处：

• **降低资源消耗。**通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的损耗。
• **提高响应速度。**当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
• **提高线程的可管理性。**线程是稀缺资源，使用线程池进行统一分配、调优和监控。

1.线程池的实现原理

从图中可以理解提交一个线程到线程池时线程的工作原理：

关于线程池的具体实现原理，在了解一些线程池的参数之后，在作讲解。

2.线程池的参数

我们可以通过ThredPoolExecutor 来创建一个线程池

new ThreadPoolExecutor( corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, milliseconds, runnableTaskQueue, handler);

创建线程池需要这几个参数：

1. corePoolSize（线程池的基本大小）：提交任务到线程池，会优先创建线程（即便存在空闲的线程），等到需要执行的任务数大于 corePoolSize 时就不再创建。（这句话在后面【线程数最大数量】会有修正）

2. runnableTaskQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下几个阻塞队列：

   • ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，FIFO（先进先出）
   • LinkedBlockingQueue：基于链表结构的阻塞队列，FIFO，吞吐量通常高于ArrayBlockingQueue
   • SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常高于LinkedBlockingQueue
   • PriorityBlockingQueue：具有优先级的无限阻塞队列

3. maximumPoolSize（线程池最大数量）：线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且线程池小于maximumPoolSize ，线程池就会再创建新线程。如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果

4. ThreadFactory：用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字

5. RejectedExcutionHandler（饱和策略）：当线程池和队列都满了，采取一种策略来处理提交的新任务。这个策略默认下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。在JDK1.5中提供了以下四种策略：

   • AbortPolicy：直接抛出异常（默认）

   • CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务

   • DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务

   • DiscardPolicy：不处理，丢弃过

     可以通过实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化存储不能处理的任务

   • keepAliveTime（线程活动保持时间）：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。可以通过调大时间提高线程的利用率

   • TimeUnit（线程活动保持时间的单位）：天、小时、分钟、毫秒、微妙、千分之一毫秒、纳秒。

3.向线程池提交任务

可以使用两个方法向线程池提交任务：

3.1 execute()

用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断线程是否执行成功。

execute提交的是一个Runnable类的实例。

1. 如果线程池中的线程数小于 corePoolSize ，则创建新线程来执行任务（需要获取全局锁）
2. 如果线程池中的线程数等于或大于 corePoolSize ，则将任务加入 BlockingQueue
3. 如果无法将任务加入 BlockingQueue（队列已满），创建新的线程来处理任务（需要获取全局锁）
4. 如果创建新线程将使当前运行的线程超出 maximumPoolSize ，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法

3.2 submit()

用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个future类型的对象

future对象：

这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过get（）方法获取返回值，get(long timeout, TimeUnit unit) 方法则会阻塞一段时间后返回，这时任务可能没有执行完，会报TimeoutException

3.3 实战

1.不使用get（）

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("main_start");

        Runnable runnable = new Runable01();
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5,
                200,
                10,
                TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingDeque<>(),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        threadPoolExecutor.submit(runnable);

        System.out.println("main_end");

    }

    public static class Runable01 implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10/5;
            System.out.println("运行结果：" + i);
        }
    }
}

2.使用get（）

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        System.out.println("main_start");

        Runnable runnable = new Runable01();
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5,
                200,
                10,
                TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingDeque<>(),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        Future<?> future = threadPoolExecutor.submit(runnable);
        Object o = future.get();

        System.out.println("main_end");

    }

    public static class Runable01 implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10/5;
            System.out.println("运行结果：" + i);
        }
    }
}

3.get（1L，TimeUnit.NANOSECONDS）

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, TimeoutException {
        System.out.println("main_start");

        Runnable runnable = new Runable01();
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5,
                200,
                10,
                TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingDeque<>(),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        Future<?> future = threadPoolExecutor.submit(runnable);
        Object o = future.get(1L,TimeUnit.NANOSECONDS);

        System.out.println("main_end");

    }

    public static class Runable01 implements Runnable{

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread().getId());
            int i = 10/5;
            System.out.println("运行结果：" + i);
        }
    }
}

4.关闭线程池

原理：

• 遍历线程池中的工作线程，逐个调用线程的interrupt 方法中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止

关闭线程池的方法以及一些不同之处：

• shutdown()：将线程池的状态设置为SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程
• shutdownNow()：首先将线程池中的状态设置成STOP，然后尝试停止所以正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的线程的列表

只要调用了这两个方法中的任意一个，isShutDown就会返回true。

当所有的服务关闭后，才表示线程关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true。

通常调用shutdown 方法，如果线程不一定要执行完，可以调用 shutdownNow 方法。

5.合理分配线程池

要想合理分配线程池，必须分析任务特性：

• 任务的性质：CPU 密集型任务、IO 密集型任务和混合型任务
• 任务的优先级：高、中和低
• 任务的执行时间：长、中和短
• 任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接

性质不同的任务可以使用不同规模的线程池来分开处理。

如果一直有优先级高的任务提交到队列里，则优先级低的任务可能永远不能执行

建议使用有界队列，这样如果线程池中的任务耗时较大、任务量较多时仅会影响后台任务，同时提醒系统出现问题了，如果使用的无界队列，可能等到挤爆内存，整个系统不可用了，才会发现错误。

6.线程池的监控

一些线程池监控的属性：

• taskCount：线程池需要执行的任务数量
• completedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于 taskCount
• largestPoolSize：线程池里曾经创建过的最大线程数量。可以直到线程池是否满过
• getPoolSize：线程池的线程数量。线程池不销毁的话，线程不会减少
• getActiveCount：获取活动的线程数

可以通过重写线程池的beforeExecute、afterExecute和terminated方法自定义线程池来对线程进行监控。这几个方法在线程池里默认是空方法。