JAVA今法修真 第二章 一气化三清 线程分心念

Posted 2021-12-12 南橘ryc

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天有八纪，地分九州，万法仙门与天道剑宗一并坐落在东北方通辽州。

与李小庚想象中的五步一楼，十步一阁，廊腰缦回，檐牙高啄，青鸾仙鹤飞舞，绕梁仙音奏响的场景不同，万法仙门就像上辈子的大学一样，分为教学区域，运动区域，科研区域，生活区域，办公区域。

被云小霄带到仙门人力长老那边简单检测了一下智商和骨龄，顺便放了一个侦测邪恶之后，李小庚就被登记为了一名万法仙门正式弟子。

修真不知日月，李小庚已经在万法仙门呆了半年了。

一日，万法仙门云霄殿中。

“小庚，你知道为什么我修炼比你快那么多倍吗？”云小霄很嚣张地打量着李小庚：“都半年了，你还没筑基成功，真是逊啊。”

“？”李小庚白了云小霄一眼：“谁不知道掌门是你爹？”

“虽然你说的没错，但是不知道你有没有在典籍里看过线程池神功？”

“你说的就是那个号称一气化三清，可以让人同时出现在很多地方的功法吗？”

“没错，多线程是我们万法仙门筑基期的必修科目，你目前修炼缓慢就是缺少了这一环的缘故，现在我就跟你好好的讲一讲。”

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一、线程池的基础

介绍线程池之前要介绍线程,而介绍线程则离不开进程。

• 进程：是一个正在执行中的程序，每一个进程执行都有一个执行顺序，该顺序是一个执行路径，或者叫一个控制单元。
• 线程：就是进程中的一个独立控制单元，线程在控制着进程的执行。一个进程中至少有一个进程。
  而线程池，就是将多个线程进行池化处理，目前实际工作中很少会单独使用Thread来创建线程，而是使用线程池技术，根据业务实际创建线程。

1、线程池的相关属性：

• corePoolSize（核心线程池大小）：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本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基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。

• maximumPoolSize（线程池最大大小）：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。

• 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，可以调大这个时间，提高线程的利用率。

• 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)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。

• 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 （先进先出） 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：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。

• 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做些更有意义的事情，比如设置daemon和优先级等等

• 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。以下是JDK1.5提供的四种策略。

  • AbortPolicy：直接抛出异常。
  • CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
  • 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。

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不能处理的任务。

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“哦，这么神奇，只需要设定好参数就能自动帮我修炼吗？”

“当然，不过在你还需要了解具体的运功路线才行，不然很容易出现内存溢出，经脉尽毁的问题，这一点很重要，你需要用心听”

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2、线程池的执行流程

• 1 如果运行的线程少于corePoolSize，则会添加新的线程，而不进行排队。
• 2 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。
• 3 如果无法将请求加入队列（队列已满），则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，如果超过，在这种情况下，新的任务将被拒绝。

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“原来如此，在创建线程的时候，我需要设定好等待队列，同时把控住自己的内心，绝对不能因为贪图快速修炼就疯狂创建线程，不然一旦超过最大任务数量，又超过了队列，会出现不可预知的情况。”

“不愧是我看上的弟子！”云小霄摸了摸李小庚充满智慧的脑袋：“不过也没有那么危险，你可以使用一些策略来避免出现那些问题。据说这个技术就是不少修真界大拿在多次走火入魔之后总结出来的。”

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3、线程池排队有三种通用策略

1. 同步移交。队列的默认选项是同步移交，它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此，如果不存在可用于立即运行任务的线程，会构造一个新的线程。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。同步移交通常要求无界的maximumPoolSizes以避免拒绝新提交的任务。

但是，同步移交不适合管理资源的分配，除非特殊情况不推荐使用

2. 无界队列。使用的是LinkedBlockingQueue类实现，不需要事先制定大小，也是按照“先进先出”算法处理任务。无界队列很好理解，就是和有界队列相反，使用无界队列的线程池，当有新任务提交时，如果线程池里有空闲线程，就分配线程立刻执行任务，否则就把任务放到无界任务队列中等待，如果线程池中一直没有空闲线程，但是新的任务又一直不停的提交上来，那么这些任务全部会被挂到等待队列中，一直到内存全部消耗完。
3. 有界队列。当使用有限的 maximumPoolSizes 时，有界队列（如 ArrayBlockingQueue）有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型队列和小型池可以最大限度地降低CPU使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。使用小型队列通常要求较大的池大小，CPU 使用率较高，但是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量。

我们最后可以这样理解：

• 使用无界队列可能会耗尽系统资源。
• 使用有界队列可能不能很好的满足性能，需要调节线程数和队列大小。
• 线程数也有开销，所以需要根据不同应用进行调节。

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“原来如此，那我完全理解了。”

李小庚随手在空气中一划，空间仿佛遭遇了时空裂缝一般，撕开了一道口子。口子的另一边，有着无穷无尽半透明的李小庚，正排着歪歪扭扭的队伍，叽叽喳喳的从裂缝中出来。

“你就是我的玛斯特吗？”排头的李小庚对着一脸不可思议的云小霄挑了挑眉。

THREAD_POOL_CONFIG参数 = 李小庚自己设定的+∞
private static ThreadPoolTaskExecutor getThreadPoolTaskExecutor() {
    ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTaskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
    if (ObjectUtils.isNotEmpty(THREAD_POOL_CONFIG)) {
        //core thread count
        threadPoolTaskExecutor.setCorePoolSize(THREAD_POOL_CONFIG.getCorePoolSize());
        // max thread count
        threadPoolTaskExecutor.setMaxPoolSize(THREAD_PO0L_CONFIG.getMaxPoolSize());
        // queve capacity
        threadPoolTaskExecutor.setQueueCapacity(THREAD_POOL_CONFIG.getQueveCapacity());
        // thread name prefix
        threadPoolTaskExecutor.setThreadNamePrefix(THREAD_POOL_CONFIG.getThreadNamePrefixO);
        // thread await termination seconds
        threadPoolTaskExecutor.setAwaitTerminationSeconds(THREAD_POOL_CONFIG.getAwaitTerminationSeconds());
        threadPoolTaskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        threadPoolTaskExecutor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        threadPoolTaskExecutor.initialize();
        return threadPoolTaskExecutor;
    }
}

“想死啊你！”云小霄剑光一闪。
poweroff

原本像黑洞一样愈发扩大的黑洞连着“李小庚”们，就像从来没有出现过一般。原本开始喧嚣了起来的云霄殿一瞬间回复了往日的平静。

整个大殿内还站着的只剩下云小霄，还有一只事不关己正在舔毛的银渐层。

云小霄撩起衣服上的流苏，探了探李小庚的鼻息，感觉到浑厚的呼吸之后，脸上的紧张马上化为了鄙夷：“呵呵，自作聪明。”，随手捏了一个法决 reboot -f。

不多久，李小庚就像没事人一样的站了起来，随意的整了整发型，看见云小霄正一脸怒气的盯着他，连忙走过去给她捏起肩膀来：“师父，你看我刚刚屌吗？”

“呵呵，我再晚一步，就可以给你准备后事了。”云小霄享受着徒弟的服务，半年以来，她和李小庚的关系虽然说不上是父慈子孝，也算的上是父死子笑了，只是每次在搞完事情之后，李小庚总是能拿出一些新玩意。比如这个据说是来自于异界的正宗泰式马杀鸡，马上让长期进行伏案修真的云小霄舒服的眉开眼笑。

“师父，那你给我讲讲我的线程池存在漏洞的呗？”李小庚舔狗一样的在云小霄耳边道。

“线程池创建至今，也是经历过多代先贤的改进，从最开始的四大常用线程池，到现在现在各派独立发展的特异化线程池，只能说，没有不存在漏洞的线程池，只有最适合的线程池。”

• newCachedThreadPool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
• newFixedThreadPool可以创建一个定长的线程池。定长线程池最多只能同时执行一定个数的线程，这个容量在new的时候设定。
• newScheduledThreadPool创建一个定时线程池，支持延迟执行和周期性任务执行。后一种执行方式类似于单片机的定时器中断。
• newSingleThreadExecutor创建一个单线程化的线程池，这个线程池当前池中的线程死后(或发生异常时)，才能重新启动新的一个线程来替代原来的线程继续执行下去。也就是说按照单线程的模式，会按照线程添加的顺序，一个一个的执行这些线程的工作。

“那对于我这样虽然天赋异禀，但是修炼时间太短以至于法力匮乏的天才该如何选择线程池呢？”李小庚继续没脸没皮。

“当然，根据你自己的天赋还有修炼的功法不一样，肯定有不同的选择，这次认真给我听好了，下次再乱来就等着喝我洗脚水吧！”

“还有这等好事？咳咳...师父你说吧。”

二、设置线程池的大小

线程池的大小一直是大家很关心的问题，理想的大小取决于被提交任务的类型以及所部署的系统，代码中通常不会固定线程池的大小，而通过某种配置，或者Runtime.getRuntime().availableProcessors() 来动态计算。

Runtime.getRuntime().availableProcessors()这个代码大家可能不算太熟悉，这个方法可以获取CPU的数目。

• 如果是CPU密集型应用，则线程池大小设置为N+1(或者是N)，线程的应用场景：主要是复杂算法
• 如果是IO密集型应用，则线程池大小设置为2N+1(或者是2N)，线程的应用场景：主要是：数据库数据的交互，文件上传下载，网络数据传输等等。
  综合起来最佳线程数目 = （（线程等待时间+线程CPU时间）/线程CPU时间 +1）* CPU数目。
  至于+1的原因，则是当线程偶尔由于缺失故障或者其他原因而暂停时，这个额外的线程也能确保CPU的时钟周期不会被浪费（剩余价值压榨的满满的）。
  当然，CPU并不是唯一影响线程池大小的资源，还应该考虑内存、文件句柄、套接字句柄、数据库连接等原因。

举个例子，比如平均每个线程CPU运行时间为0.5s，而线程等待时间（非CPU运行时间，比如IO）为1.5s，CPU核心数为12，那么根据上面这个公式估算得到： ((0.5+1.5)/0.5+1)12=60

除了线程池大小上的显示设置以外，还可能由于其他资源上的约束而存在一些隐式限制，如应用程序使用一个包含10个连接的JDBC连接池，并且每个任务需要一个数据库连接，那么线程池就最好只有10个连接，因为当超过10个任务时，新的任务就需要其他任务释放连接。

“我明白了，其实线程池神功还是取决于我们的炼体功法，还有就是没有钱能不能用更大的处理法器。”李小庚一边说，手上的动作也加快起来，本来敷衍的按摩手法仿佛融入了穿越前体验的各位大师的经验，辅以修真人士的体魄，刹那间手臂上下飞舞，如梦如幻：“师父，你也知道我是村里来的，没啥钱，我看我们万法云推出了最新的套餐，只需要298块灵石，每个月就能享受8核16G的算力加持。”

“看你表现咯。”云小霄别过手来捏了捏李小庚的脸蛋，内心狂喜（这个徒弟好好看啊！）：“当然，还有一些需要注意的地方，你需要记牢，使用线程池修炼虽然能加快速度，但是也会有很多危险的情况。”

三、避免线程池的饥饿死锁

1、线程的饥饿死锁

线程池中，如果任务依赖于其他任务，那么就有可能产生死锁。在单线程的Executor中，如果一个任务将另一个任务提交到同一个Executor，并且等待这个被提交的任务的结果，那么就通常会产生死锁，这种情况被称为线程的饥饿死锁。

对于线程池来说，只要池任务开始了无限期阻塞，例如某个任务的目的是等待一些资源或条件，但是只有另一个池任务的执行才能使那些条件成立。除非能保证线程池足够大，否则会发生线程饥饿死锁。

下文清晰地展示了线程饥饿死锁的示例，队列为阻塞队列，因为线程池为是单线程的，当队列为空时，getHeader 将会一直阻塞等待 putHeader 执行。这就是任务之间相互依赖的饥饿死锁。

public class ThreadDeadlock {
    //创建一个队列、假设是存放头文件的地方
    private static BlockingQueue root = new ArrayBlockingQueue(10);
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个固定线程的线程池
        ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor();
        service.submit(new getHeader());
        service.submit(new putHeader(1));
        service.shutdown();
    }
    static class putHeader implements Callable {
        private int val;
        public putHeader(int value) {
            val = value;
        }
        @Override
        public Object call() throws Exception {
            System.out.println("放置头文件");
            //往阻塞队列增加元素
            root.put(1);
            return "头文件";
        }
    }
    static class getHeader implements Callable {
        @Override
        public Object call() throws Exception {
            System.out.println("获取头文件");
            //取出阻塞队列的值，如果没有则会阻塞
            int value = (int) root.take();
            return "头文件";
        }
    }
}

2、运行时间较长的任务

如果任务阻塞的时间过长，那么即使不出现死锁，线程池的响应性也会变得更糟。执行时间较长的任务不会造成线程池的堵塞，甚至还会增加执行时间较短任务的服务时间。如果线程池中的线程数量远小于在稳定状态下执行的任务的数量，那么到最后可能所有的线程都会运行这些执行时间较长的任务，从而影响整体的响应性。

可以通过限定任务等待资源的时间，不要去无限制地等待。在平台类库的大多数可阻塞方法中，都同时定义了限时版本和无限时版本，列如Thread.join、BlockingQueue.out、CountDownLatch.await以及Selector.select等。如果等待超时，那么可以把任务标识为失败，然后中止任务或者将任务重新放回队列。这样，无论任务的最终结果是否是成功，这种办法都能保证任务可以顺利执行而不会被阻塞住，并将线程释放出来执行一些能更快完成的任务。

当然了，如果线程池中总是充满了被阻塞的任务，也说明线程池设计的规模小了。

“小庚，这就是我们万法仙门《Java真经》中最重要的辅助手段之一线程池，之后如果遇上新的问题，我再跟你好好说一说吧，修真修真，便是修得真实。”