并发编程之线程池

时间：2022-10-25 07:10:51

为什么需要线程池？

如果性能允许的话，我们完全可以在 for 循环代码起很多的线程去帮我们执行任务，代码如下

public class ManyThread {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Task(), "thread" + i);
            thread.start();
        }
    }
}

class Task implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：正在执行");
    }
}

由上述代码来看，我们仍然可以通过以上这种笨拙的方式实现相关的需求。但这样明显是不合适的，如果频繁地创建过多的线程来执行任务，这样开销实在太大，毕竟过多的线程会占用太多的内存；但是通过线程池这种方式，创建固定数量的线程来执行任务，就能够使线程复用起来，加快响应速度，并且还合理利用CPU和内存，还统一管理。

构造参数

参数名 类型 含义
corePoolSize int 核心线程数
maxPoolSize int 最大线程数
keepAliveTime long 保持存活时间
workQueue BlockingQueue 任务存储队列
threadFactory ThreadFactory 当线程池需要新的线程的时候，会使用 threadFactory 来生成新的线程
Handler RejectedExecutionHandler 由于线程池无法接受新提交的任务所指向的拒绝策略

  • corePoolSize : 核心线程数：线程池在完成初始化后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，线程池会等待有任务到来时，再创建新线程去执行任务。

  • maxPoolSize : 最大线程数：在 corePoolSize 的基础上，会额外地增加一些线程，但是这些新增加的线程有一个上限，也就是线程的最大量。

  • keepAliveTime : 存活时间，如果线程池当前的线程数多于 corePoolSize，那么如果多余的线程空闲时间超过 keepAliveTime，它们就会被终止。

  • ThreadFactory: 新的线程是由 ThreadFactory 创建的，默认使用 Executors.defaultThreadFactory() 创建，创建出来的线程都在同一个线程组，拥有相同优先级，但是不属于守护线程。

  • workQueue: 常见的三种队列类型

    SynchronousQueue ： 直接交接：在任务不多的情况下，只是通过队列做简单的中转站；当进来一个新的任务，就会直接创建一个新的线程处理。这种队列本身没有容量的，里面没有办法存放任务，如果要使用该队列，maxPoolSize要设置相对大点，因为没有队列作为缓冲，会经常创建线程

    LinkedBlockingQueue ：*队列，特指的是未指定容量的前提下，（如果在设置了指定容量的情况下，就是有界队列）；当corePoolSize已经满的情况下，任务就会添加到这个队列里面来，而且是没有容量限制的，所以 maxPoolSize 设置任何值都不会起作用。如果添加任务的时间远远大于线程执行的时间，会占用大量的内存，可能会导致OOM的发生

    ArrayBlockQueue ：有界队列，可以设置默认大小，如果线程数等于（或大于）corePoolSize 但少于maxPoolSize，则将任务放入该有序队列。

添加线程规则

  1. 如果线程数小于 corePoolSize ，即使其他工作线程处于空闲状态，也会创建一个新线程来运行新任务。

  2. 如果线程数等于（或大于）corePoolSize 但少于maxPoolSize，则将任务放入队列。

  3. 如果队列已满，并且线程数小于 maxPoolSize，则创建一个新线程来运行刚提交的任务

  4. 如果任务队列没有满，线程池内运行的一直都是 corePoolSize 这个线程

  5. 如果队列已满，并且线程数大于或等于 maxPoolSize ，则拒绝该任务。

并发编程之线程池

常见的ThreadPool

  • newFixedThreadPool：

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

通过源码，我们不难看出 corePoolSize 和 maxPoolSize 使用都是传进来的 nThread 参数，说明创建的线程永远不会超过 nThread 的范围，然后就是 keepAliveTime 被设置为 0L，由于 maxPoolSize 和 corePoolSize 一样大，所以在这该参数的设置是没有意义的，然后 TimeUnit.MILLISECONDS 是时间单位，与 keepAliveTime 绑定；最后一个是 LinkedBlockingQueue ，存储更多任务的一个容器，所以无论再多的任务进来，都会放入到该队列中执行。

由于传进去的LinkedBlockingQueue 是没有容量上限的，所以当请求数越来越多，并且无法及时处理完毕的时候，也就是请求堆积的时候，会容易造成占用大量的内存，可能会导致OOM。

  • newSingleThreadExecutor

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

跟 newFixedThread 的原理基本一样，用的是相同的工作队列，默认把线程数直接设置成了1，所以会导致同样的问题，也就是请求堆积的时候，会容易造成占用大量的内存

  • CachedThreadPool：

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

    可缓存线程池，用了 synchronous queue 队列，不需要存储任务，有任务进来直接创建线程，具有自动回收多余线程的功能。但是这个线程池存在一种弊端，在默认情况下，maxPoolSize 被设置为 Integer.MAX_VALUE，这可能会创建非常多的线程，甚至导致OOM。（注意：Cache 特指的是对线程的缓存，如果一段时间线程空闲，就回收）

  • ScheduleThreadPool：支持定时及周期性任务执行的线程池

插曲

线程数量设定多少比较合适？

答：线程数 = CPU 核心数 * ( 1 + 平均等待时间/平时工作时间 )

关闭线程池

  • shutdown：运行之后并不会停止，而是会把存量的任务都执行完毕。
  • shutdownNow：立即停止线程，并且队列的任务也不会执行。

拒绝策略

拒绝的时机是最大线程数满

  • AbortPolicy：默认的拒绝策略，直接抛出异常
  • DiscardPolicy：直接丢弃，提交线程不会收到任何信息
  • DiscardOldestPolicy：丢弃在队列中等待时间最长的任务
  • CallerRunsPolicy：由提交线程执行任务，是一种负反馈机制

线程池实现任务复用的原理

核心原理是用相同的线程去执行不同的任务。首先 execute 方法先去检查当前线程数是否小于 corePoolSize ，如果小于的话，则执行 addWork 加一个工作线程，然后会执行 runWork 方法，该方法先会获取一个任务 task ，这个 task 是 Runnable 实例，并且while循环中判断这个任务是否为空，最后直接 task 调用 run 方法

并发编程之线程池

并发编程之线程池

在runWork方法中，会将一个个 Runnable 实例 （也就是 task） 给拿到，然后直接调用 run 方法

并发编程之线程池

面试题：submit 和 execute 的区别

(1)类型

execute只能接受Runnable类型的任务

​ submit不管是Runnable还是Callable类型的任务都可以接受，但是Runnable返回值均为void，所以使用Future的get()获得的还是null

（2）返回值

​ 由Callable和Runnable的区别可知：

​ execute没有返回值

​ submit有返回值，所以需要返回值的时候必须使用submit

（3）异常

​ 1.execute中抛出异常

​ execute中的是 Runnable 接口的实现，所以只能使用 try、catch 来捕获 CheckedException，通过实现UncaughtExceptionHander 接口处理 UncheckedException

​ 即和普通线程的处理方式完全一致

​ 2.submit中抛出异常

​ 不管提交的是Runnable还是Callable类型的任务，如果不对返回值Future调用get()方法，都会吃掉异常

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