并发编程之线程池ThreadPoolExecutor

Posted 2021-03-07 starry-skys

前言

在我们平时自己写线程的测试demo时，一般都是用new Thread的方式来创建线程。但是，我们知道创建线程对象，就会在内存中开辟空间，而线程中的任务执行完毕之后，就会销毁。

单个线程的话还好，如果线程的并发数量上来之后，就会频繁的创建和销毁对象。这样，势必会消耗大量的系统资源，进而影响执行效率。

所以，线程池就应运而生。

线程池ThreadPoolExecutor

可以通过idea先看下线程池的类图，了解一下它的继承关系和大概结构。

它继承自AbstractExecutorService类，这是一个抽象类，不过里边的方法都是已经实现好的。然后这个类实现了ExecutorService接口，里边声明了各种方法，包括关闭线程池，以及线程池是否已经终止等。此接口继承自父接口Executor，里边只声明了一个execute方法。

线程池就是为了解决单个线程频繁的创建和销毁带来的性能开销。同时，可以帮我们自动管理线程。并且不需要每次执行新任务都去创建新的线程，而是重复利用已有的线程，大大提高任务执行效率。

我们打开 ThreadPoolExecutor的源码，可以看到总共有四个构造函数。

但是，前三个最终都会调用到最后一个构造函数。我们来看下这个构造函数都有哪些参数。（其实，多看下参数的英文解释就能明白其中的含义，看来英语对程序员来说是真的重要呀）

//核心构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
 }

1）corePoolSize

代表核心线程数。每当新的任务提交过来的时候，线程池就会创建一个核心线程来执行这个任务，即使已经有其他的核心线程处于空闲状态。 而当需要执行的任务数大于核心线程数时，将不再创建新的核心线程。

其实，我们可以看下JDK提供的官方注释说明。even if they are idle，就照应上边的加粗字体。

此外，最后一句话说，除非allowCoreThreadTimeOut 这个参数被设置了值。

什么意思呢，可以去看下这个参数默认值是false，代表当核心线程在空闲状态时，即没有任务在执行，就会一直存活，不会销毁。而设置为true之后，就会有线程存活时间，即假如设置存活时间60秒，则60秒之后，如果没有新的可执行任务，则核心线程也会自动销毁。

2）maximumPoolSize

线程所允许的最大数量。即，当阻塞队列已满的时候，并且已经创建的线程数小于最大线程数，则会创建新的线程去执行任务。所以，这个参数只有在阻塞队列满的情况下才有意义。因此，对于无界队列，这个参数将会失去效果。

3）keepAliveTime

代表线程空闲后，保持存活的时间。也就是说，超过一定的时间没有任务执行，线程就会自动销毁。

注意，这个参数，是针对大于核心线程数，小于最大线程数的那部分非核心线程来说的。如果是任务数量特别多的情况下，可以适当增加这个参数值的大小。以保证，在下个任务到来之前，此线程不会立即销毁，从而避免线程的重新创建。

4）unit

这个是描述存活时间的时间单位。可以使用TimeUnit里边的枚举值。

5）workQueue

代表阻塞队列，存储所有等待执行的任务。

6）threadFactory

代表用来创建线程的工厂。可以自定义一个工厂，传参进来。如果不指定的话，就会使用默认工厂（Executors类里边的 DefaultThreadFactory）。

可以看到，会给每个线程的名字指定一个有规律的前缀。并且每个线程都设置相同的优先级（优先级总共有三个，1、5、10）。优先级可以理解为，优先级高的线程被执行的概率会更高，但是不代表优先级高的线程一定会先执行。

7）handler

这个参数代表，拒绝策略。当阻塞队列和线程池都满了，即达到了最大线程数，会用什么策略来处理。一共有四种策略可供选择，分别对应四个内部类。

• AbortPolicy：直接拒绝，并抛出异常，这也是默认的策略。
• CallerRunsPolicy：直接让调用execute方法的线程去执行此任务。
• DiscardOldestPolicy：丢弃最老的未处理的任务，然后重新尝试执行当前的新任务。
• DiscardPolicy：直接丢弃当前任务，但是不抛异常。

总结一下线程池的执行过程。

1. 当线程数量未达到corePoolSize的时候，就会创建新的线程来执行任务。
2. 当核心线程数已满，就会把任务放到阻塞队列。
3. 当队列已满，并且未达到最大线程数，就会新建非核心线程来执行任务。
4. 当队列已满，并且达到了最大线程数，则选择一种拒绝策略来执行。

线程池常用的一些方法

我们一般用 execute 方法来提交任务给线程池。当线程需要返回值时，可以使用submit 方法。

shutdown方法用来关闭线程池。注意，此时不再接受新提交的任务，但是，会继续处理正在运行的任务和阻塞队列里边的任务。

shutdownNow也会关闭线程池。但是，它不再接受新任务，并且会尝试终止正在运行的任务。

用Executors创建线程池

了解了线程池工作流程之后，那么我们怎样去创建它呢。

Executors类提供了四种常用的方法。可以发现它们最终都调用了线程池的构造方法。都有两种创建方式，其中一种可以传自定义的线程工厂。此处，只贴出不带工厂的方法便于理解。

①newFixedThreadPool

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

创建一个固定大小的线程池。核心线程数和最大线程数相等。当线程数量达到核心线程数时，新任务就会放到阻塞队列里边等待执行。

②newSingleThreadExecutor

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

创建一个核心线程数和最大线程数都是1的线程池。即线程池中只会存在一个正在执行的线程，若线程空闲则执行，否则把任务放到阻塞队列。

③ newCachedThreadPool

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

创建一个可根据实际情况调整线程个数的线程池。这句话，可以理解为，有多少任务同时进来，就会创建同等数量的线程去执行任务。当然，这是在线程数不能超过Integer最大值的前提下。

当再来一个新任务时，若有空闲线程则执行任务。否则，等线程空闲60秒之后，就会自动回收。

当没有新任务，就不会创建新的线程。

④newScheduledThreadPool

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

创建一个可指定核心线程数的线程池。这个线程池可以执行周期性的任务。
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