线程池

Posted 2020-12-27 zys-blog

一 Executor框架

为了更好地控制多线程，JDK提供了一套线程框架Executor，帮助开发人员有效的进行线程控制。它们都在java.util.concurrent包中，是JDK并发包的核心。其中有一个比较重要的类：Executors，它扮演着线程工厂的角色，我们通过Executors可以创建特定功能的线程池。
Executors创建线程池方法：

1. newFixedThreadPool()：该方法返回一个固定数量的线程池，该方法的线程数始终不变，当有一个在任务提交时，若线程池中空闲，则立即执行，若没有，则会被暂缓在一个任务队列中等待有空闲的线程去执行

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

1. newSingleThreadExecutor()：创建数量为一个线程的线程池，若空闲则执行，若没有空闲线程则暂缓在任务队列中

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

1. newCacheThreadPool()：返回一个可根据实际情况调整线程个数的线程池，不限制最大线程数量，若有任务则创建线程去执行，若无任务则不继续创建线程，并且每一个空闲线程会在60秒后自动回收

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

1. newScheduledThreadPool()：返回一个ScheduleExecutorService对象，但该线程池可以指定线程的数量。

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

使用例子：

class Temp extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("run...");
    }
}

public class ScheduledJob {

    public static void main(String[] args) {
        Temp command = new Temp();
        ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        scheduledExecutorService.scheduleWithFixedDelay(command, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
        //1秒后执行线程，之后每隔3秒轮询
    }
}

运行结果：
run...
run...
run...
run...
run...
run...
run...
...

1.1 自定义线程池

若Executors工厂类无法满足我们的需求，可以自己去创建自定义的线程池。其实Executors工厂类里面的创建线程方法其内部实现均是用了ThreadPoolExecutor这个类，这个类可以自定义线程，构造方法如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,    //表示当前创建的核心线程数
                              int maximumPoolSize,    //表示最大线程数
                              long keepAliveTime,    //线程池空闲时存活时间
                              TimeUnit unit,    //指定时间单位
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,    //缓存队列
                              ThreadFactory threadFactory,    //
                              RejectedExecutionHandler handler) {    //拒绝执行的方法 
                              
    ... ...
                        
    }

这个构造方法对于队列是什么类型的比较关键：

1. 使用有界任务队列时：若有新的任务需要执行，如果线程池实际线程数小于corePoolSize，则优先创建线程；若大于corePoolSize，则会将任务加入队列，若队列已满，则在总线程数不大于maximumPoolSize的前提下，创建新的线程，若线程数大于maximumPoolSize，则执行拒绝策略。或其他自定义方式

public class UserThreadPoolExecutor {

    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 使用有界任务队列时：若有新的任务需要执行，如果线程池实际线程数小于corePoolSize，则优先创建线程；
         * 若大于corePoolSize，则会将任务加入队列，
         * 若队列已满，则在总线程数不大于maximumPoolSize的前提下，创建新的线程，
         * 若线程数大于maximumPoolSize，则执行拒绝策略。
         */
        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(
                1,    //coreSize
                2,    //maxSize
                60,    //无效时间
                TimeUnit.SECONDS,    //单位
                new ArrayBlockingQueue<Runnable  >(3)    //有界队列
                );
        pool.execute(new MyTask(1, "任务1"));
        pool.execute(new MyTask(2, "任务2"));
        pool.execute(new MyTask(3, "任务3"));
        pool.execute(new MyTask(4, "任务4"));
        pool.execute(new MyTask(5, "任务5"));
        pool.execute(new MyTask(6, "任务6"));
        pool.shutdown();
    }

}

运行结果：
run taskId = 1
run taskId = 5
Exception in thread "main"
java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Thread[Thread-5,5,main] rejected from [email protected][Running, pool size = 2, active threads = 2, queued tasks = 3, completed tasks = 0]
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
at Executor.UserThreadPoolExecutor.main(UserThreadPoolExecutor.java:28)
run taskId = 2
run taskId = 3
run taskId = 4
分析：
任务数大于coreSize(目前为1)，则有任务加入队列，又队列(队列容量为3)已满，则创建一个线程(目前coreSize为2)，由于maxSize为2，所有最多只能再创建一个线程到线程池(目前coreSize+queue=5小于任务数6)，无法再创建线程，执行拒绝策略

1. 使用无界任务队列时：LinkedBlockingQueue。与有界队列相比，除非系统资源耗尽，否则无界的任务队列不存在入队失败的情况。当有新任务到来，系统线程数小于corePoolSize时，则新建线程执行任务。当达到corePoolSize后，就不会继续增加。若后续仍有新的任务加入，而又没有空闲的线程资源，则任务直接进入队列等待。若任务创建和处理的速度差异很大，无界队列会保持快速增长，知道耗尽系统内存。
   

public class UserThreadPoolExecutor2 implements Runnable{
    
    /**
     * 当有新任务到来，系统线程数小于corePoolSize时，则新建线程执行任务,
     * 当达到corePoolSize后，就不会继续增加,
     * 若后续仍有新的任务加入，而又没有空闲的线程资源，则任务直接进入队列等待。
     * 若任务创建和处理的速度差异很大，无界队列会保持快速增长，知道耗尽系统内存
     */
    private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        BlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(
                5,
                10,
                120L,    //2分钟
                TimeUnit.SECONDS,
                queue
                );
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            pool.execute(new UserThreadPoolExecutor2());
        }
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("queue size : " + queue.size());
        Thread.sleep(2000);
        //pool.shutdown();
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            int num = count.incrementAndGet();
            System.out.println("任务" + num);
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：
任务2
任务4
任务1
任务3
任务5
queue size : 15
任务6
任务8
任务7
任务9
任务10
任务11
任务12
任务13
任务14
任务15
任务16
任务18
任务19
任务17
任务20

JDK拒绝策略：

1. AbortPolicy：直接抛出异常，系统正常工作
2. CallerRunsPolicy：只要线程池未关闭，该策略直接在调用者线程中，运行当前被丢弃的任务
3. DiscardOldestPolicy：丢弃最老的一个请求，尝试再次提交当前任务
4. DiscardPolicy：丢弃无法处理的任务，不给于任何处理

如果需要自定义拒绝策略，可以实现RejectedExecutionHandle接口：

public class MyReject implements RejectedExecutionHandler{

    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
        System.out.println("自定义处理...");
        System.out.println("当前被拒绝任务为：" + r.toString());
        //记录日志，等待其他时间处理
    }
}

public class UserThreadPoolExecutor1 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        /**
         * 使用有界任务队列时：若有新的任务需要执行，如果线程池实际线程数小于corePoolSize，则优先创建线程；
         * 若大于corePoolSize，则会将任务加入队列，
         * 若队列已满，则在总线程数不大于maximumPoolSize的前提下，创建新的线程，
         * 若线程数大于maximumPoolSize，则执行拒绝策略。
         */

        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(
                1,    //coreSize
                2,    //maxSize
                60,    //无效时间
                TimeUnit.SECONDS,    //单位
                new ArrayBlockingQueue<Runnable>(3),    //有界队列
                new MyReject()
                );
        pool.execute(new MyTask(1, "任务1"));
        pool.execute(new MyTask(2, "任务2"));
        pool.execute(new MyTask(3, "任务3"));
        pool.execute(new MyTask(4, "任务4"));
        pool.execute(new MyTask(5, "任务5"));
        pool.execute(new MyTask(6, "任务6"));
        
        pool.shutdown();
    }

}

运行结果：
自定义处理...
当前被拒绝任务为：Thread[Thread-5,5,main]
run taskId = 5
run taskId = 1
run taskId = 2
run taskId = 3
run taskId = 4