线程池基本介绍

Posted 2021-09-13 柠檬时间

线程池的创建

线程池的创建调用下面构造函数

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

• corePoolSize：线程池核心线程数最大值
• maximumPoolSize：线程池最大线程数大小
• keepAliveTime：线程池中非核心线程空闲的存活时间大小
• unit：线程空闲存活时间单位
• workQueue：存放任务的阻塞队列
• threadFactory：用于设置创建线程的工厂，可以给创建的线程设置有意义的名字，可方便排查问题。
• handler：线程池的饱和策略事件，主要有四种类型。

任务执行

线程池执行流程，即对应execute()方法：提交一个任务，线程池里存活的核心线程池数小于线程数corePoolSize时，线程池会创建一个核心线程去处理提交的任务。如果线程池核心线程数已满，即线程池数已经等于corePoolSize，一个新提交的任务，会被放进任务队列workQueue排队等待执行。当线程池里面存活的线程数已经等于corePoolSize了，并且任务队列workQueue也满了，判断线程数是否达到maximumPoolSize，即最大线程数是否已满，如果没到达，创建一个非核心线程执行提交的任务。如果当前的线程数达到了maximumPoolSize，还有新的任务过来的话，直接采用拒绝策略处理。

四种拒绝策略

• AbortPolicy(抛出一个异常，默认的)
• DiscardPolicy(直接丢弃任务)
• DiscardOldestPolicy(丢弃队列里最老的任务，将当前这个任务继续提交给线程池)
• CallerRunsPolicy（交给线程池调用所在的线程进行处理）

线程池异常处理

在使用线程池处理任务的时候，任务代码可能抛出RuntimeException，抛出异常后，线程池可能捕获它，也可能创建一个新的线程来代替异常线程，我们可能无法感知任务出现了异常，因此我们需要考虑线程池异常情况。

线程池的工作队列

• ArrayBlockingQueue
• LinkedBlockingQueue
• DelayQueue
• PriorityBlockingQueue
• SynchronousQueue

ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue(有界队列)是一个用数组实现的有界阻塞队列，按FIFO排序

LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue(可设置容量队列)基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序任务，容量可以进行选择设置，不设置的话，将是一个无边界的阻塞队列，最大长度为Integer的MAX_VALUE，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue，newFIxedThreadPool线程池使用了这个队列。

DelayQueue
DelayQueue（延迟队列）是一个任务定时周期的延迟执行的队列。根据指定的执行时间从小到大排序，否则根据插入到队列的先后排序，newScheduledThreadPool线程池使用了这个队列。

PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue（优先级队列）是具有优先级的无界阻塞队列

SynchronousQueue
SynchronousQueue（同步队列）一个不存储元素的阻塞队列，每个插入擦欧洲哦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，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，newCachedThreadPool线程池使用了这个队列

几种常用的线程池

• newFixedThreadPool(固定数目线程的线程池)
• newCachedThreadPool(可缓存线程的线程池)
• newSingleThreadExecutor(单线程的线程池)
• newScheduledThreadPool（定时及周期执行的线程池）

newFixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads,ThreadFactory threadFactory){
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads,nThreads,TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                threadFactory);

线程池特点
核心线程数和最大线程数大小一样
没有所谓的非空闲时间，即keepAliveTime为0
阻塞队列为无界队列LinkedBlockingQueue

处理逻辑
如果线程数少于核心线程，创建核心线程执行任务
如果线程数等于核心线程，把任务添加到LinkedBlockingQueue阻塞队列
如果线程执行完任务，去阻塞队列取任务，继续执行。

例子

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
for(int i = 0;i<Integer.MAX_VALUE;i++){
    executor.execute(()->{
        try{
            Thread.sleep(10000);
        }catch(InterruptedException e){
        }
    }                                                   
}

使用无界队列的线程池会导致内存飙升，newFixedThreadPool使用了无界的阻塞队列LinkedBlockingQueue，如果线程获取一个任务后，任务的执行时间比较长（比如，上面demo设置了10秒），会导致队列的任务越积越多，导致机器内存使用不停飙升，最终导致OOM。newFixedThreadPool适用于处理CPU密集型的任务，确保CPU在长期被工作线程使用的情况下，尽可能少的分配线程，即适用执行长期的任务。

newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool（ThreadFactory threadfactory{
    return new ThreadPoolExecutor(0,INteger.MAX_VALUE,60L,TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>(),threadFactory);
}

线程池特点
核心线程数为0
最大线程数为Integer。MAX_VALUE
阻塞队列是SynchronousQueue
非核心线程空闲存活时间为60秒

当提交任务的速度大于处理任务的速度时，每次提交一个任务，就必然会创建一个线程。极端情况下会创建过多的线程，耗尽CPU和内存资源。
由于空闲60秒的线程会被终止，长时间保持空闲的CachedThreadPool不会占用任何资源。

处理逻辑
因为没有核心线程，所有任务直接加到SynchronousQueue队列
判断是否有空闲线程，如果有，就去取出任务执行
如果没有空闲线程，就新建一个线程执行
执行完任务的线程，还可以存活60秒，如果在这期间，接到任务，可以继续活下去；否则，被销毁。

例子

ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
for(int i = 0;i<5;i++){
    executor.execute(()->{
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
});

使用场景
用于并发执行大量短期的小任务

newSingleThreadExecutor

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

线程池特点
核心线程数为1
最大线程数也为1
阻塞队列是LinkedBlockingQueue
keepAliveTime为0

处理逻辑
线程池是否有一条线程在，如果没有，新建线程执行任务。如果有，将任务加到阻塞队列。
当前的唯一线程，从队列取任务，执行完一个，再继续取，一个人（一条线程）夜以继日地干活。

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for(int i =0 ;i<5;i++){
    executor.execute(()->{
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
    });
}

使用场景
适用于串行执行任务的场景，一个任务一个任务地执行

newScheduledThreadPool

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize){
    super(corePoolSize,Integer.MAX_VALUE,0,NANOSECONDS,new DelayedWorkQueue());
}

线程池特点
最大线程数为Integer.MAX_VALUE
阻塞队列是DelayedWorkQueue
keepAliveTime为0
scheduleAtFixedRate()：按某种速率周期执行
scheduleWithFixedDelay()：在某个延迟后执行

处理逻辑
线程池中的线程从DelayQueue中取任务，线程从delayQueue中获取time大于等于当前时间的task
执行完后修改这个task的time为下次被执行的时间，这个task放回DelayQueue队列中

ScheduleExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
    scheduleExecutorService.scheduleWithFixeddelay(()->{
    System.out.println("current Time"+System.currentTimeMillis());
    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
    },1,3,TimeUnit.SECONDS);
    scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(()->{
            System.out.println("current Time" + System.currentTimeMillis());
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
        }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

使用场景
周期性执行任务的场景，需要限制线程数量的场景

线程池状态

线程池有这几个状态：RUNNING,SHUTDOWN,STOP,TIDYING,TERMINATED

private static final int RUNNING = -1<<COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN = 0<<COUNT_BITS;
private static final int STOP = 1<<COUNT_BITS;
private static final int TIDYING = 2<<COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED = 3<<COUNT_BITS;

RUNNING
该状态的线程池会接收新任务，并处理阻塞队列中的任务；
调用线程池的shutdown()方法。可以切换到SHUTDOWN状态
调用线程池的shutdownNow()方法。可以切换到STOP状态

SHUTDOWN
该状态的线程池不会接收新任务，但会处理阻塞队列中的任务
队列为空，并且线程池中执行的任务也为空，进入TIDYING状态

STOP
该状态的线程不会接收新任务，也不会处理阻塞队列中的任务，而且会中断正在运行的任务；
线程池中执行的任务为空，进入TIDYING状态

TIDYING
该状态表明所有的任务已经运行终止，记录的任务数量为0
terminated()执行完毕，进入TERMINATED状态

TERMINATED
该状态表示线程池彻底终止