深入浅出多线程编程实战六种常见线程池讲解

Posted 2021-06-05 Xdong、

深入浅出多线程编程实战（七）六种常见线程池讲解

文章目录

• 一、线程池介绍
• 二、java常用线程池关系
• • 1.六种常用线程池
  • 2.类图及主要方法
• 三.线程池实现类讲解
• • 1.FixedThreadPool
  • 2.SingleThreadExecutor
  • 3.CachedThreadPool
  • 4.ScheduledThreadPool
  • 5.SingleThreadScheduledExecutor
  • 6.ForkJoinPool

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一、线程池介绍

目的：为了避免系统频繁地创建和销毁，我们可以让创建的线程复用。
意义：在线程池中，总有那么几个活跃线程，当你需要使用线程时，可以从池子里随便拿一个空闲线程，当完成工作时，并不着急关闭线程，而是将这个线程退回到线程池中，方便他人使用。这样减少了频繁地创建和销毁线程，提高性能。

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二、java常用线程池关系

1.六种常用线程池

2.类图及主要方法

上面看到的类图，方便帮助下面的理解和查看，我们可以看到一个核心类 ExecutorService , 这是我们线程池都实现的基类

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三.线程池实现类讲解

1.FixedThreadPool

FixedThreadPool 线程池的特点是它的核心线程数和最大线程数一样，我们可以看它的实现代码在 Executors#newFixedThreadPool(int) 中，如下：

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

我们可以看到方法内创建线程调用的实际是 ThreadPoolExecutor 类，这是线程池的核心执行器，传入的 nThread 参数作为核心线程数和最大线程数传入，队列采用了一个链表结构的有界队列。
这种线程池我们可以看作是固定线程数的线程池，它只有在开始初始化的时候线程数会从0开始创建，但是创建好后就不再销毁，而是全部作为常驻线程池，这里如果对线程池参数不理解的可以看之前文章 《解释线程池各个参数的含义》。 对于这种线程池他的第三个和第四个参数是没意义，它们是空闲线程存活时间，这里都是常驻不存在销毁，当线程处理不了时会加入到阻塞队列，这是一个链表结构的有界阻塞队列，最大长度是Integer. MAX_VALUE

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2.SingleThreadExecutor

SingleThreadExecutor 线程的特点是它的核心线程数和最大线程数均为1，我们也可以将其任务是一个单例线程池，它的实现代码是Executors#newSingleThreadExcutor() , 如下：

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

• 上述代码中我们发现它有一个重载函数，传入了一个ThreadFactory 的参数，一般在我们开发中会传入我们自定义的线程创建工厂，如果不传入则会调用默认的线程工厂
• 我们可以看到它与 FixedThreadPool 线程池的区别仅仅是核心线程数和最大线程数改为了1，也就是说不管任务多少，它只会有唯一的一个线程去执行
• 如果在执行过程中发生异常等导致线程销毁，线程池也会重新创建一个线程来执行后续的任务
• 这种线程池非常适合所有任务都需要按被提交的顺序来执行的场景，是个单线程的串行。

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3.CachedThreadPool

cachedThreadPool 线程池的特点是它的常驻核心线程数为0，正如其名字一样，它所有的县城都是临时的创建，关于它的实现在 Executors#newCachedThreadPool() 中，代码如下：

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

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

• 从上述代码中我们可以看到 CachedThreadPool 线程池中，最大线程数为 Integer.MAX_VALUE , 意味着他的线程数几乎可以无限增加。
• 因为创建的线程都是临时线程，所以他们都会被销毁，这里空闲 线程销毁时间是60秒，也就是说当线程在60秒内没有任务执行则销毁
• 这里我们需要注意点，它使用了 SynchronousQueue 的一个阻塞队列来存储任务，这个队列是无法存储的，因为他的容量为0，它只负责对任务的传递和中转，效率会更高，因为核心线程都为0，这个队列如果存储任务不存在意义。

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4.ScheduledThreadPool

ScheduledThreadPool 线程池是支持定时或者周期性执行任务，他的创建代码 Executors.newSchedsuledThreadPool(int) 中，如下所示：

    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }

    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(
            int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);
    }

我们发现这里调用了 ScheduledThreadPoolExecutor 这个类的构造函数，进一步查看发现 ScheduledThreadPoolExecutor 类是一个继承了 ThreadPoolExecutor 的，同时实现了 ScheduledExecutorService 接口，我们看到它的几个构造函数都是调用父类 ThreadPoolExecutor 的构造函数

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

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

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

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

从上面代码我们可以看到和其他线程池创建并没有差异，只是这里的任务队列是 DelayedWorkQueue

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5.SingleThreadScheduledExecutor

它实际和 ScheduledThreadPool 线程池非常相似，它只是 ScheduledThreadPool的一个特例，内部只有一个线程，它只是将 ScheduledThreadPool 的核心线程数设置为了 1。如源码所示：

public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
        return new DelegatedScheduledExecutorService
            (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
    }

上面我们介绍了五种常见的线程池，对于这些线程池我们可以从核心线程数、最大线程数、存活时间三个维度进行一个简单的对比，有利于我们加深对这几种线程池的记忆。

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6.ForkJoinPool

ForkJoinPool 这是一个在 JDK7 引入的新新线程池，它的主要特点是可以充分利用多核CPU , 可以把一个任务拆分为多个子任务，这些子任务放在不同的处理器上并行执行，当这些子任务执行结束后再把这些结果合并起来，这是一种分治思想。
ForkJoinPool 也正如它的名字一样，第一步进行 Fork 拆分，第二步进行 Join 合并，我们先来看一下它的类图结构

ForkJoinPool 的使用也是通过调用 submit(ForkJoinTask task)或 invoke(ForkJoinTask task) 方法来执行指定任务了。其中任务的类型是 ForkJoinTask 类，它代表的是一个可以合并的子任务，他本身是一个抽象类，同时还有两个常用的抽象子类 RecursiveAction 和 RecursiveTask ，其中 RecursiveTask 表示的是有返回值类型的任务，而 RecursiveAction 则表示无返回值的任务。下面是它们的类图：

通过 ForkJoinPool 可以极大的发挥多核处理器的优势，尤其非常适合用于递归的场景，例如树的遍历、最优路径搜索等场景。