浅理解java中的线程池

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了浅理解java中的线程池相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

浅理解java中的线程池

线程池（thread pool）

​

1.线程池的概念

线程池就是首先创建一些线程，它们的集合称为线程池。使用线程池可以很好地提高性能，线程池在系统启动时即创建大量空闲的线程，程序将一个任务传给线程池，线程池就会启动一条线程来执行这个任务，执行结束以后，该线程并不会死亡，而是再次返回线程池中成为空闲状态，等待执行下一个任务。

2.线程池的工作机制

  • 在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接提交给某个线程，线程池在拿到任务后，就在内部寻找是否有空闲的线程，如果有，则将任务交给某个空闲的线程。

  • 一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务。

3.使用线程池的原因

  1. 降低系统资源消耗，通过重用已存在的线程，降低线程创建和销毁造成的消耗；
  2. 提高系统响应速度，当有任务到达时，通过复用已存在的线程，无需等待新线程的创建便能立即执行；
  3. 方便线程并发数的管控。因为线程若是无限制的创建，可能会导致内存占用过多而产生OOM，并且会造成cpu过度切换（cpu切换线程是有时间成本的（需要保持当前执行线程的现场，并恢复要执行线程的现场））。
  4. 提供更强大的功能，延时定时线程池。

4.线程池相关概念

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5.线程池的主要参数

/**
 * 从jdk1.5之后引入了线程池类，在package java.util.concurrent包下
 **/
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService 
    
    /**
     * 核心方法，创建线程池的构造函数，后面提到的newCachedThreadPool()，newFixedThreadPool()，newSingleThreadExecutor()方法创建的线程池，都是依赖这个核心方法，只是各自的参数不同
     **/
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) 
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
参数作用
corePoolSize（核心线程的数量）当向线程池提交一个任务时，若线程池已创建的核心线程数小于corePoolSize，即便此时存在空闲线程，也会通过创建一个新核心线程来执行该任务，直到已创建的核心线程数大等于corePoolSize时
maximumPoolSize（线程池最大大小）线程池所允许的最大线程个数。当队列满了，且已创建的线程数小于maximumPoolSize，则线程池会创建新的线程来执行任务。另外，对于无界队列，可忽略该参数。临时线程可创建的数量=maximumPoolSize-corePoolSize
keepAliveTime（临时线程的空闲时间）线程池内，除了核心线程外，都可以算是临时线程，核心线程不能销毁，临时线程可以，临时线程的空闲时间超过keepAliveTime，那么这个线程就会被销毁
workQueue（任务队列）用于传输和保存等待执行任务的阻塞队列。
threadFactory（线程工厂）用于创建新线程。threadFactory创建的线程也是采用new Thread()方式，threadFactory创建的线程名都具有统一的风格：pool-m-thread-n（m为线程池的编号，n为线程池内的线程编号）。
handler（线程饱和策略）当线程池和队列都满了，再加入线程会执行此策略，所有的策略实现接口 java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler

6.java中提供的线程池

Executors类提供了4种不同的线程池：newCachedThreadPool, newFixedThreadPool, newScheduledThreadPool, newSingleThreadExecutor

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;

public class App 

    // 所有的线程池，都是通过java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor类实现，只是构造参数不同
    public static void main(String[] args) throws Exception 
		
            ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(20);

        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(10);
工程方法corePoolSizemaximumPoolSizekeepAliveTimeworkQueue
Executors.newCachedThreadPool();0Integer.MAX_VALUE60sSynchronousQueue（同步，有界，队列）
Executors.newFixedThreadPool(nThread);nThreadnThread0LinkedBlockingQueue（链表，无界，队列）
Executors.newSingleThreadExecutor();110LinkedBlockingQueue
Executors.newScheduledThreadPool(nThread);nThreadInteger.MAX_VALUE10L(ms)DelayedWorkQueue(implement LinkedBlockingQueue)

6.1 newCachedThreadPool

用来创建一个可以无限扩大的线程池，适用于负载较轻的场景，执行短期异步任务。（可以使得任务快速得到执行，因为任务时间执行短，可以很快结束，也不会造成cpu过度切换），此线程池的corePoolSize为0，maximumPoolSize为MAX，所以线程池能无限的创建临时线程，所有的线程在空闲后超过规定存活时间都可以被销毁，但是无限创建临时线程，也以为可能会导致CPU超载

6.2 newFixedThreadPool

创建一个固定大小的线程池，因为采用无界的阻塞队列，所以实际线程数量永远不会变化，适用于负载较重的场景，对当前线程数量进行限制。（保证线程数可控，不会造成线程过多，导致系统负载更为严重）;注意：虽然线程的数量是固定的，但是任务队列是无界队列，可以存放任意个任务，也就可能导致OOM（Out Of Memory）异常

6.3 newSingleThreadExecutor

创建一个单线程的线程池，适用于需要保证顺序执行各个任务。任务队列是无界队列，可以存放任意个任务，也就可能导致OOM（Out Of Memory）异常

6.4 newScheduledThreadPool

适用于执行延时或者周期性任务。

7.自定义线程池

我们知道所有的线程池都是通过java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor类实现，只是构造参数不同，在很多时候，我们的任务场景是不一样的，我们可以通过自定义线程

import java.util.concurrent.*;

public class App 

    // 核心线程的数量
    static int corePoolSize = 10;

    // 线程池最大线程数
    static int maximumPoolSize = Integer.MAX_VALUE;

    // 临时线程规定存活时间
    static long keepAliveTime = 60;

    // 存活时间的单位
    static TimeUnit unit = TimeUnit.MICROSECONDS;

    // 任务队列
    static SynchronousQueue<Runnable> workQueue = new SynchronousQueue<Runnable>();

    // 线程工厂
    static ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();

    // 线程池拒绝策略
    static RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler = new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy();

    public static void main(String[] args) throws Exception 

        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, rejectedExecutionHandler);

7.1 如何配置线程池

CPU密集型任务

尽量使用较小的线程池，一般为CPU核心数+1。 因为CPU密集型任务使得CPU使用率很高，若开过多的线程数，会造成CPU过度切换。

IO密集型任务

可以使用稍大的线程池，一般为2*CPU核心数。 IO密集型任务CPU使用率并不高，因此可以让CPU在等待IO的时候有其他线程去处理别的任务，充分利用CPU时间。

混合型（CPU+IO）密集任务

可以将任务分成IO密集型和CPU密集型任务，然后分别用不同的线程池去处理。 只要分完之后两个任务的执行时间相差不大，那么就会比串行执行来的高效。
因为如果划分之后两个任务执行时间有数据级的差距，那么拆分没有意义。
因为先执行完的任务就要等后执行完的任务，最终的时间仍然取决于后执行完的任务，而且还要加上任务拆分与合并的开销，得不偿失。

8.线程池的拒绝策略

拒绝策略提供顶级接口 RejectedExecutionHandler ，其中方法 rejectedExecution 即定制具体的拒绝策略的执行逻辑。

策略
CallerRunsPolicy如果任务被拒绝了，则由调用线程（提交任务的线程）直接执行此任务。适合任务较轻的场景，如果任务太重，容易导致程序阻塞
AbortPolicy(默认的拒绝策略)这是线程池默认的拒绝策略，在任务不能再提交的时候，抛出异常，及时反馈程序运行状态。如果是比较关键的业务，推荐使用此拒绝策略，这样子在系统不能承载更大的并发量的时候，能够及时的通过异常发现。
DiscardPolicy丢弃任务，但是不抛出异常。如果线程队列已满，则后续提交的任务都会被丢弃，且是静默丢弃。
DiscardOldestPolicy丢弃队列最前面的任务，然后重新提交被拒绝的任务。

9.线程池的execute方法与submit方法

线程池内的execute方与submit方法都是用来提交任务到线程池内去执行，最大的区别就是，execute无返回值，submit有返回值

区别executesubmit
参数接受Runnable接口类型的参数即可接受Runnable类型参数，关键可以接受Callable类型参数
返回值void返回Future类型参数，我们可以通过Future.get方法获取线程执行完成的返回值，也可以捕捉线程内抛出的异常

10.线程池的状态

在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量，另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态：

volatile int runState;
static final int RUNNING    = 0;
static final int SHUTDOWN   = 1;
static final int STOP       = 2;
static final int TERMINATED = 3;

runState表示当前线程池的状态，它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性；

下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。

当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；

如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；

如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；

当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。

提交优先级与执行优先级

线程池的执行流程

提交优先级

  1. 提交任务给线程池，首先会提交给核心线程区
  2. 如果核心线程区内的线程都处于忙碌状态，就会将任务放置在任务队列内
  3. 如果任务队列已满，就会将任务交给临时线程区

执行优先级

  1. 核心线程不满时，优先创建核心线程，优先执行
  2. 核心线程满时，创建临时线程执行
  3. 核心线程与线程执行完毕，后再执行任务队列里面的任务

❓ 常见问题

线程池为什么需要使用（阻塞）队列？

因为线程若是无限制的创建，可能会导致内存占用过多而产生OOM，并且会造成cpu过度切换。

线程池为什么要使用阻塞队列而不使用非阻塞队列？

阻塞队列可以保证任务队列中没有任务时阻塞获取任务的线程，使得线程进入wait状态，释放cpu资源。

当队列中有任务时才唤醒对应线程从队列中取出消息进行执行。
使得在线程不至于一直占用cpu资源。

📚references

  1. Java线程池详解 - 简书 (jianshu.com)
  2. 4种常用线程池介绍 - 创天创世纪 - 博客园 (cnblogs.com)

以上是关于浅理解java中的线程池的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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