线程池浅析

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了线程池浅析相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

线程池优势

线程池主要是控制运行的线程数量,处理过程中将任务放入队列,然后再线程创建后启动这些任务,如果线程数量超过最大数量,超出数量的线程排队等候,等待其他线程执行完毕,再从队列中取出来执行。

优势: 线程复用,控制最大并发数,管理线程。

  1. 降低资源消耗。通过服用利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
  2. 提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
  3. 提高线程的客观理性。线程是稀缺资源,如果无限制创建,不仅回消耗系统资源,还会降低系统稳定性,使用线程池可以进行统一分配,调优和监控。

线程池实现

Java中线程池是通过Executor框架实现的,该框架中用到了Executor,Executors,ExecutorService,ThreadPoolExecutor这几个类。

技术图片

实现方式

Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)

  1. 创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。
  2. newFixedThreadPool创建的线程池corePoolSizemaximumPoolSize值是相等的,它使用的是LinkedBlockingQueue

适用场景

执行长期的任务,性能好很多。

Executors.newSingleThreadExecutor()

  1. 创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序执行。
  2. newSingleThreadExecutor创建的线程池corePoolSizemaximumPoolSize值设置为1,它使用的是LinkedBlockingQueue

适用场景

任务顺序执行的场景。

Executors.newCachedThreadPool()

  1. 创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需求,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。
  2. newCachedThreadPool创建的线程池corePoolSize设置为0,将maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE,它使用的是SynchronousQueue,也就是说,有任务就创建线程运行,当线程空闲超过60秒,就销毁线程。

适用场景

执行很多短期异步的小程序或者负载较轻的服务器。

线程池不允许使用Executors去创建,而是通过ThreadPoolExecutor的方式,这样创建方式可有效规避资源耗尽的风险。

说明:Executors创建线程池对象的弊端如下:

  1. FixedThreadPool和SingleThreadPool:允许的请求队列长度为Integer.MAX_VALUE,可能会堆积大量的请求,从而导致OOM。
  2. CachedThreadPool和ScheduledThreadPool:允许创建线程数量为Integer.MAX_VALUE,可能会创建大量的线程,从而导致OOM。

线程池7参介绍

corePoolSize

线程池中的常驻核心线程数。

创建线程池后,当有请求任务之后,会安排线程池中的线程去执行请求任务,近似理解为当值线程。

当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到队列当中。

maximumPoolSize

线程池能容纳同时执行的最大线程数,此值必须大于等于1。

keepAliveTime

多余的空闲线程存活时间。当前线程池数量超过corePoolSize时,当空闲时间达到keepAliveTime值时,多余空闲线程会被销毁,直到只剩下corePoolSize个线程为止。

unit

keepAliveTime的单位。

workQueue

任务队列,存放被提交但尚未被执行的任务。

threadFactory

生成线程池中工作线程的线程工厂,用于创建线程,一般用默认的即可。

defaultHandler

拒绝策略,表示当队列已经存满,并且工作线程大于等于线程池的最大线程数(maximumPoolSize)时,如何来拒绝请求执行的runnable的策略。

案例对比

线程池<=>银行网点

corePoolSize<=>今日当值窗口

maximumPoolSize<=>银行网点业务办理窗口的最大数

workQueue<=>网点候客区

threadFactory<=>银行网点的管理人员,负责窗口调度窗口办理业务人员的管理员

keepAliveTime<=>银行网点所有窗口都在办理业务,但是已无客流量,工作不饱和状态的时间

unit<=>工作不饱和状态的时间单位

defaultHandler<=>银行网点满负荷状态(业务办理窗口满负荷,候客区满负荷)下,采取的应急策略

线程池底层工作原理

技术图片

执行流程

  1. 在创建线程池后,等待提交的任务请求。

  2. 当调用execute()方法添加一个请求任务时,线程池会做如下判断:

    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 如果这时候队列已经满载且正在运行的线程数量小于maximumPoolSize,那么还是要创建非核心线程立即运行这个任务。

    2.4 如果队列已经满载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,线程池会判断:

    如果当前运行的线程数量大于corePoolSize,那么这个线程就会被停掉。所以线程池的所有任务完成后他最终会收缩到corePoolSize的大小。

技术图片

线程池的拒绝策略

等待队列已经满负荷,同时线程池中的maximumPoolSize也达到顶峰,这个时候需要拒绝策略机制合理的处理这个问题。Jdk内置的拒绝策略均实现了RejectedExecutionHandler接口。

AbortPolicy(默认)

直接抛出RejectedExecutionException异常阻止系统正常运行。

CallerRunsPolicy

调用者运行一种调节机制,该策略既不会抛弃任务,也不会抛出异常,而是将某些任务回退到调用者,从而降低新的任务流量。

DiscardPolicy

直接丢弃任务,不予任何处理也不抛出异常。如果允许任务丢失,这是最好的解决方案。

DiscardOldestPolicy

抛弃队列中等待最久的任务,然后把当前任务假如队列中尝试再次提交当前任务。

自定义线程池

new ThreadPoolExecutor(2, 5,
                1L, TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(4),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

合理分配线程池

一般根据任务类型进行区分,CPU密集型、IO密集型。假设CPU为n核。

CPU密集型

任务需要大量的运算,而且没有阻塞,CPU一直全速运行。此时需要减少线程数量, 降低线程之间切换造成的开销。

参考公式: CPU核数 + 1

例8核CPU:8 + 1 = 9

IO密集型

任务需要大量的IO,即大量的阻塞。在单线程上运行IO密集型的任务会导致浪费大量的CPU运算能力在等待中。所以在IO密集型任务中使用多线程可以大大的加速程序运行,即使在单核CPU上,这种加速主要就时利用被浪费掉的阻塞时间。

参考公式1:CPU核数/1-阻塞系数(阻塞系数在0.8~0.9之间)

例8核CPU:8/(1-0.9) = 80

参考公式2: CPU核数 * 2

例8核CPU:8 * 2 = 16

以上是关于线程池浅析的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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