原創(chuàng)文章&經(jīng)驗(yàn)總結(jié)&從校招到A廠一路陽(yáng)光一路滄桑

詳情請(qǐng)戳www.codercc.com

image

1. 為什么要使用線程池

在實(shí)際使用中蚜厉，線程是很占用系統(tǒng)資源的贝攒，如果對(duì)線程管理不善很容易導(dǎo)致系統(tǒng)問(wèn)題。因此臼隔，在大多數(shù)并發(fā)框架中都會(huì)使用線程池來(lái)管理線程遂唧，使用線程池管理線程主要有如下好處：

1. 降低資源消耗如输。通過(guò)復(fù)用已存在的線程和降低線程關(guān)閉的次數(shù)來(lái)盡可能降低系統(tǒng)性能損耗有鹿；
2. 提升系統(tǒng)響應(yīng)速度旭旭。通過(guò)復(fù)用線程，省去創(chuàng)建線程的過(guò)程葱跋，因此整體上提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度持寄；
3. 提高線程的可管理性。線程是稀缺資源娱俺，如果無(wú)限制的創(chuàng)建际看，不僅會(huì)消耗系統(tǒng)資源，還會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性矢否，因此仲闽，需要使用線程池來(lái)管理線程。

2. 線程池的工作原理

當(dāng)一個(gè)并發(fā)任務(wù)提交給線程池僵朗，線程池分配線程去執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程如下圖所示：

線程池執(zhí)行流程圖.jpg

從圖可以看出赖欣，線程池執(zhí)行所提交的任務(wù)過(guò)程主要有這樣幾個(gè)階段：

1. 先判斷線程池中核心線程池所有的線程是否都在執(zhí)行任務(wù)。如果不是验庙，則新創(chuàng)建一個(gè)線程執(zhí)行剛提交的任務(wù)顶吮，否則，核心線程池中所有的線程都在執(zhí)行任務(wù)粪薛，則進(jìn)入第2步悴了；
2. 判斷當(dāng)前阻塞隊(duì)列是否已滿，如果未滿违寿，則將提交的任務(wù)放置在阻塞隊(duì)列中湃交；否則，則進(jìn)入第3步藤巢；
3. 判斷線程池中所有的線程是否都在執(zhí)行任務(wù)搞莺，如果沒(méi)有，則創(chuàng)建一個(gè)新的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)掂咒，否則才沧，則交給飽和策略進(jìn)行處理

3. 線程池的創(chuàng)建

創(chuàng)建線程池主要是ThreadPoolExecutor類來(lái)完成，ThreadPoolExecutor的有許多重載的構(gòu)造方法绍刮，通過(guò)參數(shù)最多的構(gòu)造方法來(lái)理解創(chuàng)建線程池有哪些需要配置的參數(shù)温圆。ThreadPoolExecutor的構(gòu)造方法為：

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

下面對(duì)參數(shù)進(jìn)行說(shuō)明：

1. corePoolSize：表示核心線程池的大小。當(dāng)提交一個(gè)任務(wù)時(shí)孩革，如果當(dāng)前核心線程池的線程個(gè)數(shù)沒(méi)有達(dá)到corePoolSize岁歉，則會(huì)創(chuàng)建新的線程來(lái)執(zhí)行所提交的任務(wù)，即使當(dāng)前核心線程池有空閑的線程嫉戚。如果當(dāng)前核心線程池的線程個(gè)數(shù)已經(jīng)達(dá)到了corePoolSize刨裆，則不再重新創(chuàng)建線程澈圈。如果調(diào)用了prestartCoreThread()或者 prestartAllCoreThreads()彬檀，線程池創(chuàng)建的時(shí)候所有的核心線程都會(huì)被創(chuàng)建并且啟動(dòng)帆啃。
2. maximumPoolSize：表示線程池能創(chuàng)建線程的最大個(gè)數(shù)。如果當(dāng)阻塞隊(duì)列已滿時(shí)窍帝，并且當(dāng)前線程池線程個(gè)數(shù)沒(méi)有超過(guò)maximumPoolSize的話努潘，就會(huì)創(chuàng)建新的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)。
3. keepAliveTime：空閑線程存活時(shí)間坤学。如果當(dāng)前線程池的線程個(gè)數(shù)已經(jīng)超過(guò)了corePoolSize疯坤，并且線程空閑時(shí)間超過(guò)了keepAliveTime的話，就會(huì)將這些空閑線程銷毀深浮，這樣可以盡可能降低系統(tǒng)資源消耗压怠。
4. unit：時(shí)間單位。為keepAliveTime指定時(shí)間單位飞苇。
5. workQueue：阻塞隊(duì)列菌瘫。用于保存任務(wù)的阻塞隊(duì)列，關(guān)于阻塞隊(duì)列可以看這篇文章布卡∮耆茫可以使用ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, SynchronousQueue, PriorityBlockingQueue。
6. threadFactory：創(chuàng)建線程的工程類忿等∑苤遥可以通過(guò)指定線程工廠為每個(gè)創(chuàng)建出來(lái)的線程設(shè)置更有意義的名字，如果出現(xiàn)并發(fā)問(wèn)題贸街，也方便查找問(wèn)題原因庵寞。
7. handler：飽和策略。當(dāng)線程池的阻塞隊(duì)列已滿和指定的線程都已經(jīng)開(kāi)啟薛匪，說(shuō)明當(dāng)前線程池已經(jīng)處于飽和狀態(tài)了皇帮，那么就需要采用一種策略來(lái)處理這種情況。采用的策略有這幾種：
   1. AbortPolicy： 直接拒絕所提交的任務(wù)蛋辈，并拋出RejectedExecutionException異常属拾；
   2. CallerRunsPolicy：只用調(diào)用者所在的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)；
   3. DiscardPolicy：不處理直接丟棄掉任務(wù)冷溶；
   4. DiscardOldestPolicy：丟棄掉阻塞隊(duì)列中存放時(shí)間最久的任務(wù)渐白，執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)

線程池執(zhí)行邏輯

通過(guò)ThreadPoolExecutor創(chuàng)建線程池后，提交任務(wù)后執(zhí)行過(guò)程是怎樣的逞频，下面來(lái)通過(guò)源碼來(lái)看一看纯衍。execute方法源碼如下：

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    /*
     * Proceed in 3 steps:
     *
     * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
     * start a new thread with the given command as its first
     * task.  The call to addWorker atomically checks runState and
     * workerCount, and so prevents false alarms that would add
     * threads when it shouldn't, by returning false.
     *
     * 2. If a task can be successfully queued, then we still need
     * to double-check whether we should have added a thread
     * (because existing ones died since last checking) or that
     * the pool shut down since entry into this method. So we
     * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
     * stopped, or start a new thread if there are none.
     *
     * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
     * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated
     * and so reject the task.
     */
    int c = ctl.get();
    //如果線程池的線程個(gè)數(shù)少于corePoolSize則創(chuàng)建新線程執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    //如果線程個(gè)數(shù)大于corePoolSize或者創(chuàng)建線程失敗，則將任務(wù)存放在阻塞隊(duì)列workQueue中
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    //如果當(dāng)前任務(wù)無(wú)法放進(jìn)阻塞隊(duì)列中苗胀，則創(chuàng)建新的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

ThreadPoolExecutor的execute方法執(zhí)行邏輯請(qǐng)見(jiàn)注釋襟诸。下圖為T(mén)hreadPoolExecutor的execute方法的執(zhí)行示意圖：

execute執(zhí)行過(guò)程示意圖.jpg

execute方法執(zhí)行邏輯有這樣幾種情況：

1. 如果當(dāng)前運(yùn)行的線程少于corePoolSize瓦堵，則會(huì)創(chuàng)建新的線程來(lái)執(zhí)行新的任務(wù)；
2. 如果運(yùn)行的線程個(gè)數(shù)等于或者大于corePoolSize歌亲，則會(huì)將提交的任務(wù)存放到阻塞隊(duì)列workQueue中菇用；
3. 如果當(dāng)前workQueue隊(duì)列已滿的話，則會(huì)創(chuàng)建新的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)陷揪；
4. 如果線程個(gè)數(shù)已經(jīng)超過(guò)了maximumPoolSize惋鸥，則會(huì)使用飽和策略RejectedExecutionHandler來(lái)進(jìn)行處理。

需要注意的是悍缠，線程池的設(shè)計(jì)思想就是使用了核心線程池corePoolSize卦绣，阻塞隊(duì)列workQueue和線程池maximumPoolSize，這樣的緩存策略來(lái)處理任務(wù)飞蚓，實(shí)際上這樣的設(shè)計(jì)思想在需要框架中都會(huì)使用滤港。

4. 線程池的關(guān)閉

關(guān)閉線程池，可以通過(guò)shutdown和shutdownNow這兩個(gè)方法趴拧。它們的原理都是遍歷線程池中所有的線程溅漾，然后依次中斷線程。shutdown和shutdownNow還是有不一樣的地方：

1. shutdownNow首先將線程池的狀態(tài)設(shè)置為STOP,然后嘗試停止所有的正在執(zhí)行和未執(zhí)行任務(wù)的線程八堡，并返回等待執(zhí)行任務(wù)的列表樟凄；
2. shutdown只是將線程池的狀態(tài)設(shè)置為SHUTDOWN狀態(tài)，然后中斷所有沒(méi)有正在執(zhí)行任務(wù)的線程

可以看出shutdown方法會(huì)將正在執(zhí)行的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行完兄渺，而shutdownNow會(huì)直接中斷正在執(zhí)行的任務(wù)缝龄。調(diào)用了這兩個(gè)方法的任意一個(gè)，isShutdown方法都會(huì)返回true挂谍，當(dāng)所有的線程都關(guān)閉成功叔壤，才表示線程池成功關(guān)閉，這時(shí)調(diào)用isTerminated方法才會(huì)返回true口叙。

5. 如何合理配置線程池參數(shù)炼绘？

要想合理的配置線程池，就必須首先分析任務(wù)特性妄田，可以從以下幾個(gè)角度來(lái)進(jìn)行分析：

1. 任務(wù)的性質(zhì)：CPU密集型任務(wù)俺亮，IO密集型任務(wù)和混合型任務(wù)。
2. 任務(wù)的優(yōu)先級(jí)：高疟呐，中和低脚曾。
3. 任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間：長(zhǎng)，中和短启具。
4. 任務(wù)的依賴性：是否依賴其他系統(tǒng)資源本讥，如數(shù)據(jù)庫(kù)連接。

任務(wù)性質(zhì)不同的任務(wù)可以用不同規(guī)模的線程池分開(kāi)處理。CPU密集型任務(wù)配置盡可能少的線程數(shù)量拷沸，如配置Ncpu+1個(gè)線程的線程池色查。IO密集型任務(wù)則由于需要等待IO操作，線程并不是一直在執(zhí)行任務(wù)撞芍，則配置盡可能多的線程秧了，如2xNcpu∏诼混合型的任務(wù)示惊，如果可以拆分好港，則將其拆分成一個(gè)CPU密集型任務(wù)和一個(gè)IO密集型任務(wù)愉镰，只要這兩個(gè)任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間相差不是太大，那么分解后執(zhí)行的吞吐率要高于串行執(zhí)行的吞吐率钧汹，如果這兩個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間相差太大丈探，則沒(méi)必要進(jìn)行分解。我們可以通過(guò)Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法獲得當(dāng)前設(shè)備的CPU個(gè)數(shù)拔莱。

優(yōu)先級(jí)不同的任務(wù)可以使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列PriorityBlockingQueue來(lái)處理碗降。它可以讓優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)先得到執(zhí)行，需要注意的是如果一直有優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)提交到隊(duì)列里塘秦，那么優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)可能永遠(yuǎn)不能執(zhí)行讼渊。

執(zhí)行時(shí)間不同的任務(wù)可以交給不同規(guī)模的線程池來(lái)處理，或者也可以使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列尊剔，讓執(zhí)行時(shí)間短的任務(wù)先執(zhí)行爪幻。

依賴數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的任務(wù)，因?yàn)榫€程提交SQL后需要等待數(shù)據(jù)庫(kù)返回結(jié)果须误，如果等待的時(shí)間越長(zhǎng)CPU空閑時(shí)間就越長(zhǎng)挨稿，那么線程數(shù)應(yīng)該設(shè)置越大，這樣才能更好的利用CPU京痢。

并且奶甘，阻塞隊(duì)列最好是使用有界隊(duì)列，如果采用無(wú)界隊(duì)列的話祭椰，一旦任務(wù)積壓在阻塞隊(duì)列中的話就會(huì)占用過(guò)多的內(nèi)存資源臭家，甚至?xí)沟孟到y(tǒng)崩潰。

參考文獻(xiàn)

《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》
ThreadPoolExecutor源碼分析方淤，很詳細(xì)