线程池梳理

Posted 2021-02-05 frankltf

线程池

目的

• 降低资源消耗
  • 通过重复利用已创建的线程降低线程的创建和销毁的消耗
• 提高利用率
  • 当任务到达时，可以省去线程的创建时间，直接去执行。
• 方便管理
  • 线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性。使用线程池可以统一分配，调优和监控。

线程池的四种创建方式

1. 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。

public class TestTwo {
    public static void main(String[] args){
        ExecutorService executorService= Executors.newCachedThreadPool();

        for (int i=0; i<20;i++){
            final int temp=i;
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+","+temp);
                }
            });
        }
    }
}

1. newFixedThreadPool

• 可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。

public class TestTwo {
    public static void main(String[] args){
        ExecutorService executorService= Executors.newFixedThreadPool(3);

        for (int i=0; i<20;i++){
            final int temp=i;
            executorService.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+","+temp);
                }
            });
        }
    }
}

1. newSingleThreadExecutor

• 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(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

1. newScheduledThreadPool

• 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

线程池的工作原理

当一个任务提交至线程池之后，

1. 线程池首先判断核心线程池里的线程是否已经满了。如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务。否则进入2.
2. 判断工作队列是否已经满了，倘若还没有满，将线程放入工作队列。否则进入3.
3. 判断线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是，则创建一个新的工作线程来执行。如果线程池满了，则交给饱和策略来处理任务。

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ThreadPoolExecutor

当一个任务提交至线程池之后，

1. 线程池首先当前运行的线程数量是否少于corePoolSize。如果是，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果都在执行任务，则进入2.
2. 判断BlockingQueue是否已经满了，倘若还没有满，则将线程放入BlockingQueue。否则进入3.
3. 如果创建一个新的工作线程将使当前运行的线程数量超过maximumPoolSize，则交给RejectedExecutionHandler来处理任务。

ScheduleThreadPoolExecutor

• ScheduleThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor。它主要用来在给定的延迟之后执行任务，或者定期执行任务。功能与Timer类似，但比Timer更强大，Timer对应的是单个后台线程，而ScheduleThreadPoolExecutor可以在构造函数中指定多个对应的后台线程数。

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  线程池饱和策略

  当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须对新提交的任务采用一种特殊的策略来进行处理。这个策略默认配置是AbortPolicy，表示无法处理新的任务而抛出异常。JAVA提供了4中策略：
  1、AbortPolicy：直接抛出异常
  2、CallerRunsPolicy：只用调用所在的线程运行任务
  3、DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
  4、DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

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  关闭线程池

• 原理
  • 遍历线程池中的所有线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程.
• 关闭方式
  • shutdown
    将线程池里的线程状态设置成SHUTDOWN状态, 然后中断所有没有正在执行任务的线程.
  • shutdownNow
    将线程池里的线程状态设置成STOP状态, 然后停止所有正在执行或暂停任务的线程.

线程池容量的动态调整

ThreadPoolExecutor提供了动态调整线程池容量大小的方法：setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()，
setCorePoolSize：设置核心池大小
setMaximumPoolSize：设置线程池最大能创建的线程数目大小
当上述参数从小变大时，ThreadPoolExecutor进行线程赋值，还可能立即创建新的线程来执行任务。

线程池有5种状态

• 线程池的5种状态是：Running, SHUTDOWN, STOP, TIDYING, TERMINATED。
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• 1. RUNNING

(01) 状态说明：线程池处在RUNNING状态时，能够接收新任务，以及对已添加的任务进行处理。

(02) 状态切换：线程池的初始化状态是RUNNING。换句话说，线程池被一旦被创建，就处于RUNNING状态！
道理很简单，在ctl的初始化代码中(如下)，就将它初始化为RUNNING状态，并且"任务数量"初始化为0。

• 2.SHUTDOWN

(01) 状态说明：线程池处在SHUTDOWN状态时，不接收新任务，但能处理已添加的任务。

(02) 状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

• 3.STOP

(01) 状态说明：线程池处在STOP状态时，不接收新任务，不处理已添加的任务，并且会中断正在处理的任务。

(02) 状态切换：调用线程池的shutdownNow()接口时，线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。

• 4.TIDYING

(01) 状态说明：当所有的任务已终止，ctl记录的"任务数量"为0，线程池会变为TIDYING状态。当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的，若用户想在线程池变为TIDYING时，进行相应的处理；可以通过重载terminated()函数来实现。

(02) 状态切换：当线程池在SHUTDOWN状态下，阻塞队列为空并且线程池中执行的任务也为空时，就会由 SHUTDOWN -> TIDYING。
当线程池在STOP状态下，线程池中执行的任务为空时，就会由STOP -> TIDYING。

• 5.TERMINATED

(01) 状态说明：线程池彻底终止，就变成TERMINATED状态。

(02) 状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED。

配置线程池需要考虑哪些因素

从任务的优先级，任务的执行时间长短，任务的性质（CPU密集/ IO密集），任务的依赖关系这四个角度来分析。并且近可能地使用有界的工作队列。

性质不同的任务可用使用不同规模的线程池分开处理：

• CPU密集型：尽可能少的线程，Ncpu+1
• IO密集型：尽可能多的线程, Ncpu*2，比如数据库连接池

• 混合型：CPU密集型的任务与IO密集型任务的执行时间差别较小，拆分为两个线程池；否则没有必要拆分。

• CPU密集型任务应配置尽可能小的线程，如配置CPU个数+1的线程数
• IO密集型任务应配置尽可能多的线程，因为IO操作不占用CPU，不要让CPU闲下来，应加大线程数量，如配置两倍CPU个数+1
• 而对于混合型的任务，如果可以拆分，拆分成IO密集型和CPU密集型分别处理，前提是两者运行的时间是差不多的，如果处理时间相差很大，则没必要拆分了。
• 若任务对其他系统资源有依赖，如某个任务依赖数据库的连接返回的结果，这时候等待的时间越长，则CPU空闲的时间越长，那么线程数量应设置得越大，才能更好的利用CPU。
• 最佳线程数目 = （（线程等待时间+线程CPU时间）/线程CPU时间 ）* CPU数目
  • 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8，那么根据上面这个公式估算得到：((0.5+1.5)/0.5)8=32。这个公式进一步转化为：
    最佳线程数目 = （线程等待时间与线程CPU时间之比 + 1） CPU数目
  • 可以得出一个结论： 线程等待时间所占比例越高，需要越多线程。线程CPU时间所占比例越高，需要越少线程。 以上公式与之前的CPU和IO密集型任务设置线程数基本吻合。

参考

• 《Java并发编程艺术》