Java线程池的使用

Posted 2020-10-15 木易森林

　　本节我们从以上几个方面详细介绍一下Java线程池的使用。

• 　　线程池的创建
• 　　线程池任务提交
• 　　关闭线程池
• 　　线程池的监控
• 　　线程池的合理配置　　

一.线程池的创建

　　我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。

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;
    }

　　创建线程池需要输入几个参数：

　　1.corePoolSize(线程池的基本大小)：当提交一个任务到线程池的时候，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池的基本大小的时候就不在创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads，线程池会提前创建并执行新的线程。

　　2.workQueue(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：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序　　

　　　　LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列

　　　　SynchronousQueue：SynchronousQueue：一个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，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列

　　　　PriorityBlockingQueue：一个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，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是，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。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线程池里的线程设置有意义的名字

　　5.RejectedExecutionHandler(饱和策略):当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。在JDK 1.5中Java线程池框架提供了以下4种策略。

　　　　AbortPolicy:直接抛出异常

　　　　CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程执行任务

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

　　　　DiscardPolicy：不处理，丢弃掉

　　当然，也可以根据应用场景需要来实现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

　　6.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。所以，如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大时间，提高线程的利用率。

　　7.TimeUnit（线程活动保持时间的单位）：可选的单位有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟（MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微秒（MICROSECONDS，千分之一毫秒）和纳秒（NANOSECONDS，千分之一微秒）。

二.线程池任务提交

　　可以使用两个方法向线程池提交任务，分别是：execute和submit

　　execute用于提交不需要返回任何结果的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功

　　submit()方法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，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。

三.关闭线程池

　　可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。但是它们存在一定的区别，shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表，而shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。

　　只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后，才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true。至于应该调用哪一种方法来关闭线程池，应该由提交到线程池的任务特性决定，通常调用shutdown方法来关闭线程池，如果任务不一定要执行完，则可以调用shutdownNow方法。

四.线程池的监控

　　如果在系统中大量使用线程池，则有必要对线程池进行监控，方便在出现问题时，可以根据线程池的使用状况快速定位问题。可以通过线程池提供的参数进行监控，在监控线程池的时候可以使用以下方法。

　　1.getTaskCount：线程池需要执行的任务的数量

　　2.getCompletedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount

　　3.getLargestPoolSize：线程池里曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否曾经满过。如该数值等于线程池的最大大小，则表示线程池曾经满过。

　　4.getPoolSize：线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话，线程池里的线程不会自动销毁，所以这个大小只增不减。

　　5.getActiveCount：获取活动的线程数

　　通过扩展线程池进行监控。可以通过继承线程池来自定义线程池，重写线程池的beforeExecute、afterExecute和terminated方法，也可以在任务执行前、执行后和线程池关闭前执行一些代码来进行监控。例如，监控任务的平均执行时间、最大执行时间和最小执行时间等。这几个方法在线程池里是空方法

protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }

 

五.线程池的合理分配

　　要想合理地配置线程池，就必须首先分析任务特性，可以从以下几个角度来分析：

　　　　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用不同规模的线程池分开处理。CPU密集型任务应配置尽可能小的线程，如配置Ncpu+1个线程的线程池。由于IO密集型任务线程并不是一直在执行任务，则应配置尽可能多的线程，如2*Ncpu。混合型的任务，如果可以拆分，将其拆分成一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务，只要这两个任务执行的时间相差不是太大，那么分解后执行的吞吐量将高于串行执行的吞吐量。如果这两个任务执行时间相差太大，则没必要进行分解。可以通过
Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数。

　　优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。它可以让优先级高的任务先执行。

　　执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理，或者可以使用优先级队列，让执行时间短的任务先执行。

　　依赖数据库连接池的任务，因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果，等待的时间越长，则CPU空闲时间就越长，那么线程数应该设置得越大，这样才能更好地利用CPU。

　　建议使用有界队列。