線程池帶來的好處

• 第一：降低資源消耗姚建。通過重復利用已創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗。
• 第二：提高響應速度。當任務到達時埠褪，任務可以不需要等到線程創(chuàng)建就能立即執(zhí)行串述。
• 第三：提高線程的可管理性画畅。線程是稀缺資源谬盐，如果無限制地創(chuàng)建炕置，不僅會消耗系統(tǒng)資源兆沙，還會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性欧芽，使用線程池可以進行統(tǒng)一分配、調優(yōu)和監(jiān)控葛圃。但是千扔，要做到合理利用線程池，必須對其實現原理了如指掌库正。

線程池的實現原理

• 當向線程池提交一個任務之后曲楚，線程池是如何處理這個任務的呢？

  • 1）線程池判斷核心線程池里的線程是否都在執(zhí)行任務褥符。如果不是龙誊，則創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務。如果核心線程池里的線程都在執(zhí)行任務喷楣，則進入下個流程趟大。

  • 2）線程池判斷工作隊列是否已經滿鹤树。如果工作隊列沒有滿，逊朽，則將新提交的任務存儲在 這個工作隊列里罕伯。如果工作隊列滿了，則進入下個流程叽讳。

  • 3）線程池判斷線程池的線程是否都處于工作狀態(tài)追他。如果沒有，則創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務岛蚤。如果已經滿了邑狸，則交給飽和策略來處理這個任務

  線程池的主要處理流程

• ThreadPoolExecutor 執(zhí)行 execute() 方法時的流程如下：

  • 1）如果當前運行的線程少于 corePoolSize，則創(chuàng)建新線程來執(zhí)行任務（注意灭美，執(zhí)行這一步驟需要獲取全局鎖）推溃。

  • 2）如果運行的線程等于或多于 corePoolSize，則將任務加入BlockingQueue（隊列已滿）届腐，則創(chuàng)建新的線程來處理任務（注意，執(zhí)行這一步驟需要獲取全局鎖）蜂奸。

  • 4）如果創(chuàng)建新線程將使當前運行的線程超出 maximumPoolSize犁苏，任務將被拒絕，并調用 RejectedExecutionHandler.rejectedExecution() 方法

    ThreadPoolExecutor執(zhí)行圖

線程池的使用

線程池的創(chuàng)建

• 我們可以通過 ThreadPoolExecutor 來創(chuàng)建一個線程池：

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

• 創(chuàng)建一個線程池時需要輸入幾個參數扩所，如下：

  • 1）corePoolSize（線程池的基本大形辍）：當提交一個任務到線程池時，線程池會創(chuàng)建一個線程來執(zhí)行任務祖屏，即使其他空閑的基本線程能夠執(zhí)行新任務也會創(chuàng)建線程助赞，等到需要執(zhí)行的任務數大于線程池基本大小時就不再創(chuàng)建。如果調用了線程池的 prestartAllCoreThreads() 方法袁勺，線程池會提前創(chuàng)建并啟動所有基本線程雹食。

  • 2）runnableTaskQueue（任務隊列）：用于保存等待執(zhí)行的任務的阻塞隊列∑诜幔可以選擇以下幾個阻塞隊列

    • ArrayBlockingQueue ：是一個基于數組結構的有界阻塞隊列群叶，此隊列按 FIFO（先進先出）原則對元素進行排序。
    • LinkedBlockingQueue ：一個基于鏈表結構的阻塞隊列钝荡，此隊列按 FIFO 排序元素街立，吞吐量通常要高于 ArrayBlockingQueue。靜態(tài)工廠方法 Executors.newFixedThreadPool() 使用了這個隊列
    • SynchronousQueue ：一個不存儲元素的阻塞隊列埠通。每個插入操作必須等到另一個 線程調用移除操作赎离，否則插入操作一直處于阻塞狀態(tài)，吞吐量通常要高于 LinkedBlockingQueue端辱，靜態(tài)工廠方法 Executors.newCachedThreadPool 使用了這個隊列梁剔。
    • PriorityBlockingQueue：一個具有優(yōu)先級的無限阻塞隊列

  • 3）maximumPoolSize（線程池最大數量）：線程池允許創(chuàng)建的最大線程數虽画。如果隊列滿了，并且已創(chuàng)建的線程數小于最大線程數憾朴，則線程池會再創(chuàng)建新的線程執(zhí)行任務狸捕。值得注意的是，如果使用了無界的任務隊列這個參數就沒什么效果(無界隊列不會滿)众雷。

  • 4）ThreadFactory：用于設置創(chuàng)建線程的工廠灸拍，可以通過線程工廠給每個創(chuàng)建出來的線程設置更有意義的名字。使用開源框架 guava 提供的 ThreadFactoryBuilder 可以快速給線程池里的線程設置有意義的名字砾省，代碼如下:

    • new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build();

  • 5）RejectedExecutionHandler（飽和策略）：當隊列和線程池都滿了鸡岗，說明線程池處于飽和狀態(tài)，那么必須采取一種策略處理提交的新任務编兄。這個策略默認情況下是 AbortPolicy轩性，表示無法處理新任務時拋出異常。在 JDK 1.5 中 Java 線程池框架提供了以下 4 種策略狠鸳。

    • AbortPolicy：直接拋出異常
    • CallerRunsPolicy：只用調用者所在線程來運行任務揣苏。
    • DiscardOldestPolicy：丟棄隊列里最近的一個任務，并執(zhí)行當前任務件舵。
    • DiscardPolicy：不處理卸察，丟棄掉。
    • 當然铅祸，也可以根據應用場景需要來實現 RejectedExecutionHandler 接口自定義策略坑质。如記錄日志或持久化存儲不能處理的任務。

  • 6） keepAliveTime（線程活動保持時間）：線程池的工作線程空閑后临梗，保持存活的時間涡扼。所以，如果任務很多盟庞，并且每個任務執(zhí)行的時間比較短吃沪，可以調大時間，提高線程的利用率茫经。

  • 7） TimeUnit（線程活動保持時間的單位）：可選的單位有天（DAYS）巷波、小時（HOURS）、分鐘（MINUTES）卸伞、毫秒（MILLISECONDS）抹镊、微秒（MICROSECONDS，千分之一毫秒）和納秒（NANOSECONDS荤傲，千分之一微秒）垮耳。

向線程池提交任務

• 可以使用兩個方法向線程池提交任務，分別為 execute() 和 submit() 方法。
  • execute() 方法輸入的任務是一個 Runnable 類的實例终佛。void execute(Runnable command)
  • submit() 方法輸入任務可以是 Runnable 也可以是 Callable 的示例：
    • Future<?> submit(Runnable task);俊嗽，返回的future 調用 get 方法時，返回的結果 null
    • <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);铃彰，返回的future 調用 get 方法時绍豁，返回的結果是 result
    • <T> Future<T> submit(Callable<T> task);, 返回的 future 調用get方法時， 是 Callable 實例中 call 方法返回的結果

關閉線程

• 可以通過調用線程池的 shutdown 或 shutdownNow 方法來關閉線程池牙捉。它們的原理是遍歷線程池中的工作線程竹揍，然后逐個調用線程的 interrupt 方法來中斷線程，所以無法響應中斷的任務可能永遠無法終止邪铲。
• 但是它們存在一定的區(qū)別芬位，shutdownNow 首先將線程池的狀態(tài)設置成 STOP，然后嘗試停止所有的正在執(zhí)行或暫停任務的線程带到，并返回等待執(zhí)行任務的列表昧碉，
• 而 shutdown 只是將線程池的狀態(tài)設置SHUTDOWN 狀態(tài)，然后中斷所有沒有正在執(zhí)行任務的線程

合理地配置線程池

• 分析的角度：
  • 任務的性質：CPU 密集型任務揽惹、IO 密集型任務和混合型任務被饿。
  • 任務的優(yōu)先級：高、中和低搪搏。
• 性質不同的任務可以用不同規(guī)模的線程池分開處理
  • CPU 密集型任務應配置盡可能小的線程锹漱，如配置 Ncpu+1 個線程的線程池。
  • 由于 IO 密集型任務線程并不是一直在執(zhí)行任務慕嚷，則應配置盡可能多的線程，如 2*Ncpu毕泌。
  • 混合型的任務喝检，如果可以拆分，將其拆分成一個 CPU 密集型任務和一個 IO 密集型任務撼泛，只要這兩個任務執(zhí)行的時間相差不是太大挠说，那么分解后執(zhí)行的吞吐量將高于串行執(zhí)行的吞吐量。如果這兩個任務執(zhí)行時間相差太大愿题，則沒必要進行分解损俭。
  • 可以通過 Runtime.getRuntime().availableProcessors() 方法獲得當前設備的 CPU 個數。
  • 優(yōu)先級不同的任務可以使用優(yōu)先級隊列 PriorityBlockingQueue 來處理潘酗。它可以讓優(yōu)先級
    高的任務先執(zhí)行杆兵。
  • 執(zhí)行時間不同的任務可以交給不同規(guī)模的線程池來處理，或者可以使用優(yōu)先級隊列仔夺，讓執(zhí)行時間短的任務先執(zhí)行琐脏。
  • 依賴數據庫連接池的任務，因為線程提交 SQL 后需要等待數據庫返回結果，等待的時間越長日裙，則 CPU 空閑時間就越長吹艇，那么線程數應該設置得越大，這樣才能更好地利用 CPU昂拂。
• 建議使用有界隊列受神。有界隊列能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和預警能力，可以根據需要設大一點兒格侯，比如幾千鼻听。

參考 《Java并發(fā)編程藝術》、《Java并發(fā)編程實戰(zhàn)》