JUC学习--线程池的学习

Posted 2021-08-15 三笠·阿卡曼

ThreadPool线程池

线程池概述

线程池（英语：thread pool）：一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。

线程池的优势

线程池做的工作只要是控制运行的线程数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行；

线程池主要特点

• 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销耗。
  • 提高响应速度: 当任务到达时，任务可以不需要等待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，如果无限制的创建，不仅会销耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
  • Java 中的线程池是通过 Executor 框架实现的，该框架中用到了 Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor 这几个类

线程池架构

线程池使用方式

Executors.newFixedThreadPool(int)一池N线程

作用：创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。在任意点，在大多数线程会处于处理任务的活动状态。如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务（如果需要）。在某个线程被显式地关闭之前，池中的线程将一直存在。

特征：
• 线程池中的线程处于一定的量，可以很好的控制线程的并发量；
• 线程可以重复被使用，在显示关闭之前，都将一直存在；
• 超出一定量的线程被提交时候需在队列中等待；

Executors.newSingleThreadPool()一个任务一个任务的执行，一池一线程

作用：创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。（注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程，那么如果需要，一个新线程将代替它执行后续的任务）。可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。与其他等效的newFixedThreadPool 不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即可使用其他的线程。
特征： 线程池中最多执行 1 个线程，之后提交的线程活动将会排在队列中以此
执行

Executors.newCachedThreadPool()线程池根据需求创建线程，可扩容，遇强则强

作用：创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程；
特点:
• 线程池中数量没有固定，可达到最大值（Interger. MAX_VALUE）
• 线程池中的线程可进行缓存重复利用和回收（回收默认时间为 1 分钟）
• 当线程池中，没有可用线程，会重新创建一个线程

Executors.newScheduleThreadPool

作用: 线程池支持定时以及周期性执行任务，创建一个 corePoolSize 为传入参数，最大线程数为整形的最大数的线程池**
特征:
（1）线程池中具有指定数量的线程，即便是空线程也将保留 ;
（2）可定时或者延迟执行线程活动；

线程池底层原理

1. 在创建了线程池后，线程池中的线程数为零;
2. 当调用 execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断：
   2.1 如果正在运行的线程数量小于corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；
   2.2 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列；
   2.3 如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务； ==
   2.4 如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会启动饱和拒绝策略==来执行。
3. 当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行
4. 当一个线程无事可做超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程会判断：
   4.1 如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。
   4.2 所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。

线程池拒绝策略

• AbortPolicy: 丢弃任务，并抛出拒绝执行RejectedExecutionException 异常信息。线程池默认的拒绝策略。必须处理好抛出的异常，否则会打断当前的执行流程，影响后续的任务执行；
• CallerRunsPolicy: 当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话，则使用调用线程直接运行任务。一般并发比较小，性能要求不高，不允许失败。但是，由于调用者自己运行任务，如果任务提交速度过快，可能导致程序阻塞，性能效率上必然的损失较大；
• DiscardPolicy: 直接丢弃，其他啥都没有；
• DiscardOldestPolicy: 当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话丢弃阻塞队列 workQueue 中最老的一个任务，并将新任务加入；

线程池的七个参数

• corePoolSize： 线程池的核心线程数；
• maximumPoolSize： 能容纳的最大线程数；
• keepAliveTime： 空闲线程存活时间；
• unit： 存活的时间单位；
• workQueue：存放提交但未执行任务的队列；
• threadFactory：创建线程的工厂类；
• handler：等待队列满后的拒绝策略（重要）；

线程池中，有三个重要的参数，决定影响了拒绝策略：corePoolSize - 核心线程数，也即最小的线程数。workQueue - 阻塞队列 。maximumPoolSize -最大线程数
当提交任务数大于 corePoolSize 的时候，会优先将任务放到 workQueue 阻塞队列中。当阻塞队列饱和后，会扩充线程池中线程数，直到达到maximumPoolSize 最大线程数配置。此时，再多余的任务，则会触发线程池的拒绝策略了。
总结起来，也就是一句话，当提交的任务数大于（workQueue.size() +maximumPoolSize ），就会触发线程池的拒绝策略。

自定义线程池注意事项

1. 项目中创建多线程时，使用常见的三种线程池创建方式，单一、可变、定长都有一定问题，原因是 FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor 底层都是用LinkedBlockingQueue 实现的，这个队列最大长度为 Integer.MAX_VALUE，容易导致 OOM。所以实际生产一般自己通过 ThreadPoolExecutor 的 7 个参数，自定义线程池;
2. 创建线程池推荐适用 ThreadPoolExecutor 及其 7 个参数手动创建;
   • corePoolSize 线程池的核心线程数
   • maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
   • keepAliveTime 空闲线程存活时间
   • unit 存活的时间单位
   • workQueue 存放提交但未执行任务的队列
   • threadFactory 创建线程的工厂类
   • handler 等待队列满后的拒绝策略
3. 为什么不允许适用不允许 Executors.的方式手动创建线程池,如下图