4、java线程池讲解合集

时间:2022-03-04 08:06:09

Java自带的线程池ThreadPoolExecutor详细介绍说明和实例应用

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 Java 5 开始,Java 提供了自己的线程池。线程池就是一个线程的容器,每次只执行额定数量的线程。 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 就是这样的线程池。它很灵活,但使用起来也比较复杂,本文就对其做一个介绍。
  
 首先是构造函数。以最简单的构造函数为例:
 [java] 
 public ThreadPoolExecutor(    
             int corePoolSize,    
             int maximumPoolSize,    
             long keepAliveTime,    
             TimeUnit unit,    
             BlockingQueue workQueue)   
     public ThreadPoolExecutor( int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue) 
 看起来挺复杂的。这里介绍一下。
 
corePoolSize 指的是保留的线程池大小。
 maximumPoolSize 指的是线程池的最大大小。
 keepAliveTime 指的是空闲线程结束的超时时间。
 unit 是一个枚举,表示 keepAliveTime 的单位。
 workQueue 表示存放任务的队列。
 我们可以从线程池的工作过程中了解这些参数的意义。线程池的工作过程如下:
  
 1、线程池刚创建时,里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过,就算队列里面有任务,线程池也不会马上执行它们。
 2、当调用 execute() 方法添加一个任务时,线程池会做如下判断:
     a. 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize,那么马上创建线程运行这个任务;
     b. 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize,那么将这个任务放入队列。
     c. 如果这时候队列满了,而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize,那么还是要创建线程运行这个任务;
     d. 如果队列满了,而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize,那么线程池会抛出异常,告诉调用者“我不能再接受任务了”。
 3、当一个线程完成任务时,它会从队列中取下一个任务来执行。
 4、当一个线程无事可做,超过一定的时间(keepAliveTime)时,线程池会判断,如果当前运行的线程数大于 corePoolSize,那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后,它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。
 这样的过程说明,并不是先加入任务就一定会先执行。假设队列大小为 10,corePoolSize 为 3,maximumPoolSize 为 6,那么当加入 20 个任务时,执行的顺序就是这样的:首先执行任务 1、2、3,然后任务 4~13 被放入队列。这时候队列满了,任务 14、15、16 会被马上执行,而任务 17~20 则会抛出异常。最终顺序是:1、2、3、14、15、16、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13。下面是一个线程池使用的例子:
 
[java]
 public static void main(String[] args) {    
     BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue();    
     ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);    
      
     for (int i = 0; i < 20; i++) {    
         executor.execute(new Runnable() {    
      
             public void run() {    
                 try {    
                     Thread.sleep(1000);    
                 } catch (InterruptedException e) {    
                     e.printStackTrace();    
                 }    
                 System.out.println(String.format("thread %d finished", this.hashCode()));    
             }    
         }
);    //内部抽象类
     }    
     executor.shutdown();    
 } 
 对这个例子的说明如下:
 1、BlockingQueue 只是一个接口,常用的实现类有 LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。用 LinkedBlockingQueue 的好处在于没有大小限制。这样的话,因为队列不会满,所以 execute() 不会抛出异常,而线程池中运行的线程数也永远不会超过 corePoolSize 个,keepAliveTime 参数也就没有意义了。
 2、shutdown() 方法不会阻塞。调用 shutdown() 方法之后,主线程就马上结束了,而线程池会继续运行直到所有任务执行完才会停止。如果不调用 shutdown() 方法,那么线程池会一直保持下去,以便随时添加新的任务。
 到这里对于这个线程池还只是介绍了一小部分。ThreadPoolExecutor 具有很强的可扩展性,不过扩展它的前提是要熟悉它的工作方式。
  
 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 类提供了丰富的可扩展性。你可以通过创建它的子类来自定义它的行为。例如,我希望当每个任务结束之后打印一条消息,但我又无法修改任务对象,那么我可以这样写:
  
 [java] 
 ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(size, maxSize, 1, TimeUnit.DAYS, queue) { 
     @Override 
     protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) { 
         System.out.println("Task finished."); 
     } 
 };
 除了 afterExecute 方法之外,ThreadPoolExecutor 类还有 beforeExecute() 和 terminated() 方法可以重写,分别是在任务执行之前和整个线程池停止之后执行。
  
  
 除了可以添加任务执行前后的动作之外, ThreadPoolExecutor 还允许你自定义当添加任务失败后的执行策略。你可以调用线程池的 setRejectedExecutionHandler() 方法,用自定义的 RejectedExecutionHandler 对象替换现有的策略。 ThreadPoolExecutor 提供 4 个现有的策略,分别是:
 
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:表示拒绝任务并抛出异常
 ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:表示拒绝任务但不做任何动作
 ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:表示拒绝任务,并在调用者的线程中直接执行该任务
 ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:表示先丢弃任务队列中的第一个任务,然后把这个任务加进队列。
 这里是一个例子:
 [java]
 ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(size, maxSize, 1, TimeUnit.DAYS, queue); 
     executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); 
 除此之外,你也可以通过实现 RejectedExecutionHandler 接口来编写自己的策略。下面是一个例子:
  
 [java]
 ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 1, TimeUnit.SECONDS, queue,
         new RejectedExecutionHandler() { 
             public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) { 
                 System.out.println(String.format("Task %d rejected.", r.hashCode())); 
             } 
         } 
 ); 


聊聊并发(三)——JAVA线程池的分析和使用


1. 引言

合理利用线程池能够带来三个好处。第一:降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。第二:提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。第三:提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制的创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一的分配,调优和监控。但是要做到合理的利用线程池,必须对其原理了如指掌。

2. 线程池的使用

线程池的创建

我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。

new  ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, milliseconds,runnableTaskQueue, handler);

创建一个线程池需要输入几个参数:

  • corePoolSize(线程池的基本大小):当提交一个任务到线程池时,线程池会创建一个线程来执行任务,即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程,等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法,线程池会提前创建并启动所有基本线程。
  • runnableTaskQueue(任务队列):用于保存等待执行的任务的阻塞队列。 可以选择以下几个阻塞队列。
    • ArrayBlockingQueue:是一个基于数组结构的有界阻塞队列,此队列按 FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。
    • LinkedBlockingQueue:一个基于链表结构的阻塞队列,此队列按FIFO (先进先出) 排序元素,吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。
    • SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作,否则插入操作一直处于阻塞状态,吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue,静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。
    • PriorityBlockingQueue:一个具有优先级的无限阻塞队列。
  • maximumPoolSize(线程池最大大小):线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了,并且已创建的线程数小于最大线程数,则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是如果使用了*的任务队列这个参数就没什么效果。
  • ThreadFactory:用于设置创建线程的工厂,可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。
  • RejectedExecutionHandler(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,那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy,表示无法处理新任务时抛出异常。以下是JDK1.5提供的四种策略。
    • AbortPolicy:直接抛出异常。
    • CallerRunsPolicy:只用调用者所在线程来运行任务。
    • DiscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务。
    • DiscardPolicy:不处理,丢弃掉。
    • 当然也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化不能处理的任务。
  • keepAliveTime(线程活动保持时间):线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。所以如果任务很多,并且每个任务执行的时间比较短,可以调大这个时间,提高线程的利用率。
  • TimeUnit(线程活动保持时间的单位):可选的单位有天(DAYS),小时(HOURS),分钟(MINUTES),毫秒(MILLISECONDS),微秒(MICROSECONDS, 千分之一毫秒)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。

向线程池提交任务


threadsPool.execute(new Runnable() {
我们可以使用execute提交的任务,但是execute方法没有返回值,所以无法判断任务是否被线程池执行成功。通过以下代码可知execute方法输入的任务是一个Runnable类的实例。

            @Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
}
});

我们也可以使用submit 方法来提交任务,它会返回一个future,那么我们可以通过这个future来判断任务是否执行成功,通过future的get方法来获取返回值,get方法会阻塞住直到任务完成,而使用get(long timeout, TimeUnit unit)方法则会阻塞一段时间后立即返回,这时有可能任务没有执行完。

Future<Object> future = executor.submit(harReturnValuetask);
try {
Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// 处理中断异常
} catch (ExecutionException e) {
// 处理无法执行任务异常
} finally {
// 关闭线程池
executor.shutdown();
}

线程池的关闭

我们可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池,它们的原理是遍历线程池中的工作线程,然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程,所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。但是它们存在一定的区别,shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP,然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程,并返回等待执行任务的列表,而shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态,然后中断所有没有正在执行任务的线程。

只要调用了这两个关闭方法的其中一个,isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后,才表示线程池关闭成功,这时调用isTerminaed方法会返回true。至于我们应该调用哪一种方法来关闭线程池,应该由提交到线程池的任务特性决定,通常调用shutdown来关闭线程池,如果任务不一定要执行完,则可以调用shutdownNow。

3. 线程池的分析

流程分析:线程池的主要工作流程如下图:

4、java线程池讲解合集

从上图我们可以看出,当提交一个新任务到线程池时,线程池的处理流程如下:

  1. 首先线程池判断基本线程池是否已满?没满,创建一个工作线程来执行任务。满了,则进入下个流程。
  2. 其次线程池判断工作队列是否已满?没满,则将新提交的任务存储在工作队列里。满了,则进入下个流程。
  3. 最后线程池判断整个线程池是否已满?没满,则创建一个新的工作线程来执行任务,满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

源码分析。上面的流程分析让我们很直观的了解了线程池的工作原理,让我们再通过源代码来看看是如何实现的。线程池执行任务的方法如下:

public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
//如果线程数小于基本线程数,则创建线程并执行当前任务
if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
//如线程数大于等于基本线程数或线程创建失败,则将当前任务放到工作队列中。
if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
ensureQueuedTaskHandled(command);
}
//如果线程池不处于运行中或任务无法放入队列,并且当前线程数量小于最大允许的线程数量,
则创建一个线程执行任务。
else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
//抛出RejectedExecutionException异常
reject(command); // is shutdown or saturated
}
}

工作线程。线程池创建线程时,会将线程封装成工作线程Worker,Worker在执行完任务后,还会无限循环获取工作队列里的任务来执行。我们可以从Worker的run方法里看到这点:

public void run() {
try {
Runnable task = firstTask;
firstTask = null;
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
runTask(task);
task = null;
}
} finally {
workerDone(this);
}
}

5. 线程池的监控

通过线程池提供的参数进行监控。线程池里有一些属性在监控线程池的时候可以使用

  • taskCount:线程池需要执行的任务数量。
  • completedTaskCount:线程池在运行过程中已完成的任务数量。小于或等于taskCount。
  • largestPoolSize:线程池曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否满过。如等于线程池的最大大小,则表示线程池曾经满了。
  • getPoolSize:线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话,池里的线程不会自动销毁,所以这个大小只增不+ getActiveCount:获取活动的线程数。

通过扩展线程池进行监控。通过继承线程池并重写线程池的beforeExecute,afterExecute和terminated方法,我们可以在任务执行前,执行后和线程池关闭前干一些事情。如监控任务的平均执行时间,最大执行时间和最小执行时间等。这几个方法在线程池里是空方法。如:

protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }


线程周期执行。

 ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(30);
     exec.schedule(mt,execTime-now, TimeUnit.MILLISECONDS);  (执行对象,时间差,时间单位)