jdk自带线程池实例详解

一、简介

多线程技术主要解决处理器单元内多个线程执行的问题，它可以显著减少处理器单元的闲置时间，增加处理器单元的吞吐能力，但频繁的创建线程的开销是很大的，那么如何来减少这部分的开销了，那么就要考虑使用线程池了。线程池就是一个线程的容器，每次只执行额定数量的线程，线程池就是用来管理这些额定数量的线程。

二、涉及线程池的类结构图

其*我们使用的，主要是threadpoolexecutor类。

三、如何创建线程池

我们创建线程池一般有以下几种方法：

1、使用executors工厂类

executors主要提供了下面几种创建线程池的方法：

下面来看下使用示例：

1)newfixedthreadpool(固定大小的线程池)

public class fixedthreadpool {
  public static void main(string[] args) {
    executorservice pool = executors.newfixedthreadpool(5);// 创建一个固定大小为5的线程池
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
      pool.submit(new mythread());
    }
    pool.shutdown();
  }
}
public class mythread extends thread {
  @override
  public void run() {
    system.out.println(thread.currentthread().getname() + "正在执行。。。");
  }
}

测试结果如下：

pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-2正在执行。。。 
pool-1-thread-3正在执行。。。 
pool-1-thread-2正在执行。。。 
pool-1-thread-3正在执行。。。 
pool-1-thread-2正在执行。。。 
pool-1-thread-2正在执行。。。 
pool-1-thread-3正在执行。。。 
pool-1-thread-5正在执行。。。 
pool-1-thread-4正在执行。。。 

固定大小的线程池:每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程线。

2)newsinglethreadexecutor(单线程的线程池)

public class singlethreadpool {
  public static void main(string[] args) {
    executorservice pool=executors.newsinglethreadexecutor();//创建一个单线程池
    for(int i=0;i<100;i++){
      pool.submit(new mythread());
    }
    pool.shutdown();
  }
}

测试结果如下：

pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 

单线程的线程池:这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

3)newscheduledthreadpool

public class scheduledthreadpool {
  public static void main(string[] args) {
    scheduledexecutorservice pool=executors.newscheduledthreadpool(6);
    for(int i=0;i<10000;i++){
      pool.submit(new mythread());
    }

    pool.schedule(new mythread(), 1000, timeunit.milliseconds);
    pool.schedule(new mythread(), 1000, timeunit.milliseconds);
    pool.shutdown();
  }
}

测试结果如下：

pool-1-thread-1正在执行。。。 
pool-1-thread-6正在执行。。。 
pool-1-thread-5正在执行。。。 
pool-1-thread-4正在执行。。。 
pool-1-thread-2正在执行。。。 
pool-1-thread-3正在执行。。。 
pool-1-thread-4正在执行。。。 
pool-1-thread-5正在执行。。。 
pool-1-thread-6正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 
…………此处会延时1s………… 
pool-1-thread-4正在执行。。。 
pool-1-thread-1正在执行。。。 

测试结果的最后两个线程都是在延时1s之后，才开始执行的。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求

4)newcachedthreadpool(可缓存的线程池)

public class cachedthreadpool {
  public static void main(string[] args) {
    executorservice pool=executors.newcachedthreadpool();
    for(int i=0;i<100;i++){
      pool.submit(new mythread());
    }
    pool.shutdown();
  }
}

测试结果如下：

pool-1-thread-5正在执行。。。 
pool-1-thread-7正在执行。。。 
pool-1-thread-5正在执行。。。 
pool-1-thread-16正在执行。。。 
pool-1-thread-17正在执行。。。 
pool-1-thread-16正在执行。。。 
pool-1-thread-5正在执行。。。 
pool-1-thread-7正在执行。。。 
pool-1-thread-16正在执行。。。 
pool-1-thread-18正在执行。。。 
pool-1-thread-10正在执行。。。 

可缓存的线程池：如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说jvm）能够创建的最大线程大小。

官方建议程序员使用较为方便的executors工厂方法executors.newcachedthreadpool()（*线程池，可以进行自动线程回收）、executors.newfixedthreadpool(int)（固定大小线程池）executors.newsinglethreadexecutor()（单个后台线程），这几种线程池均为大多数使用场景预定义了默认配置。

2、继承threadpoolexecutor类，并复写父类的构造方法。

在介绍这种方式之前，我们来分析下前面几个创建线程池的底层代码是怎样的？

public class executors {
  public static executorservice newfixedthreadpool(int nthreads) {
    return new threadpoolexecutor(nthreads, nthreads,
                   0l, timeunit.milliseconds,
                   new linkedblockingqueue<runnable>());
}
  public static executorservice newsinglethreadexecutor() {
    return new finalizabledelegatedexecutorservice
      (new threadpoolexecutor(1, 1,
                  0l, timeunit.milliseconds,
                  new linkedblockingqueue<runnable>()));
  }
}

从executors工厂类的底层代码可以看出，工厂类提供的创建线程池的方法，其实都是通过构造threadpoolexecutor来实现的。threadpoolexecutor构造方法代码如下：

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;
  }

那么接下来，我们就来谈谈这个threadpoolexecutor构造方法。在这个构造方法中，主要有以下几个参数：

corepoolsize--池中所保存的线程数，包括空闲线程。

maximumpoolsize--池中允许的最大线程数。

keepalivetime--当线程数大于corepoolsize时，此为终止空闲线程等待新任务的最长时间。

unit--keepalivetime 参数的时间单位。

workqueue--执行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由 execute方法提交的 runnable任务。

threadfactory--执行程序创建新线程时使用的工厂。

handler--由于超出线程范围和队列容量而使执行被阻塞时所使用的处理程序。

接下来，咋们来说下这几个参数之间的关系。当线程池刚创建的时候，线程池里面是没有任何线程的(注意，并不是线程池一创建，里面就创建了一定数量的线程)，当调用execute()方法添加一个任务时，线程池会做如下的判断：

1)如果当前正在运行的线程数量小于corepoolsize，那么立刻创建一个新的线程，执行这个任务。

2)如果当前正在运行的线程数量大于或等于corepoolsize，那么这个任务将会放入队列中。

3)如果线程池的队列已经满了，但是正在运行的线程数量小于maximumpoolsize，那么还是会创建新的线程，执行这个任务。

4)如果队列已经满了，且当前正在运行的线程数量大于或等于maximumpoolsize，那么线程池会根据拒绝执行策略来处理当前的任务。

5)当一个任务执行完后，线程会从队列中取下一个任务来执行，如果队列中没有需要执行的任务，那么这个线程就会处于空闲状态，如果超过了keepalivetime存活时间，则这个线程会被线程池回收(注：回收线程是有条件的，如果当前运行的线程数量大于corepoolsize的话，这个线程就会被销毁，如果不大于corepoolsize，是不会销毁这个线程的，线程的数量必须保持在corepoolsize数量内).为什么不是线程一空闲就回收，而是需要等到超过keepalivetime才进行线程的回收了，原因很简单：因为线程的创建和销毁消耗很大，更不能频繁的进行创建和销毁，当超过keepalivetime后，发现确实用不到这个线程了，才会进行销毁。这其中unit表示keepalivetime的时间单位，unit的定义如下：

public enum timeunit {
  nanoseconds {
    // keepalivetime以纳秒为单位
  },
  microseconds {
    // keepalivetime以微秒为单位
  },
  milliseconds {
    // keepalivetime以毫秒为单位
  },
  seconds {
    // keepalivetime以秒为单位
  },
  minutes {
    // keepalivetime以分钟为单位
  },
  hours {
    // keepalivetime以小时为单位
  },
  days {
    // keepalivetime以天为单位
  };

下面从源码来分析一下，对于上面的几种情况，主要涉及到的源码有以下几块：

private boolean addifundercorepoolsize(runnable firsttask) {
    thread t = null;
    final reentrantlock mainlock = this.mainlock;
    mainlock.lock();
    try {
      if (poolsize < corepoolsize && runstate == running)
        t = addthread(firsttask);
    } finally {
      mainlock.unlock();
    }
    if (t == null)
      return false;
    t.start();
    return true;
}

其实，这段代码很简单，主要描述的就是，如果当前的线程池小于corepoolsize的时候，是直接新建一个线程来处理任务。 

private boolean addifundermaximumpoolsize(runnable firsttask) {
    thread t = null;
    final reentrantlock mainlock = this.mainlock;
    mainlock.lock();
    try {
      if (poolsize < maximumpoolsize && runstate == running)
        t = addthread(firsttask);
    } finally {
      mainlock.unlock();
    }
    if (t == null)
      return false;
    t.start();
    return true;
}

上面这段代码描述的是，如果当前线程池的数量小于maximumpoolsize的时候，也会创建一个线程，来执行任务 

四、线程池的队列

线程池的队列，总的来说有3种：

直接提交：工作队列的默认选项是 synchronousqueue，它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此，如果不存在可用于立即运行任务的线程，则试图把任务加入队列将失败，因此会构造一个新的线程。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求* maximumpoolsizes 以避免拒绝新提交的任务。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许*线程具有增长的可能性。

*队列：使用*队列（例如，不具有预定义容量的 linkedblockingqueue）将导致在所有 corepoolsize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程就不会超过 corepoolsize。（因此，maximumpoolsize的值也就无效了。）当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用*队列；例如，在 web页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求，当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许*线程具有增长的可能性。

有界队列：当使用有限的 maximumpoolsizes时，有界队列（如 arrayblockingqueue）有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 cpu 使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。如果任务频繁阻塞（例如，如果它们是 i/o边界），则系统可能为超过您许可的更多线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小，cpu使用率较高，但是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量。

下面就来说下线程池的队列，类结构图如下：

1)synchronousqueue

该队列对应的就是上面所说的直接提交，首先synchronousqueue是*的，也就是说他存数任务的能力是没有限制的，但是由于该queue本身的特性，在某次添加元素后必须等待其他线程取走后才能继续添加。

2)linkedblockingqueue

该队列对应的就是上面的*队列。

3)arrayblockingqueue

该队列对应的就是上面的有界队列。arrayblockingqueue有以下3中构造方法：

public arrayblockingqueue(int capacity) {
    this(capacity, false);
  }
  public arrayblockingqueue(int capacity, boolean fair) {
    if (capacity <= 0)
      throw new illegalargumentexception();
    this.items = (e[]) new object[capacity];
    lock = new reentrantlock(fair);
    notempty = lock.newcondition();
    notfull = lock.newcondition();
}
  public arrayblockingqueue(int capacity, boolean fair,
               collection<? extends e> c) {
    this(capacity, fair);
    if (capacity < c.size())
      throw new illegalargumentexception();
    for (iterator<? extends e> it = c.iterator(); it.hasnext();)
      add(it.next());
  }

下面我们重点来说下这个fair，fair表示队列访问线程的竞争策略，当为true的时候，任务插入队列遵从fifo的规则，如果为false，则可以“插队”。举个例子，假如现在有很多任务在排队，这个时候正好一个线程执行完了任务，同时又新来了一个任务，如果为false的话，这个任务不用在队列中排队，可以直接插队，然后执行。如下图所示：

五、线程池的拒绝执行策略

当线程的数量达到最大值时，这个时候，任务还在不断的来，这个时候，就只好拒绝接受任务了。

threadpoolexecutor 允许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提供的默认的处理策略是直接丢弃，同时抛异常信息，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，源码如下：

public static class abortpolicy implements rejectedexecutionhandler {
    /**
     * creates an <tt>abortpolicy</tt>.
     */
    public abortpolicy() { }
    /**
     * always throws rejectedexecutionexception.
     * @param r the runnable task requested to be executed
     * @param e the executor attempting to execute this task
     * @throws rejectedexecutionexception always.
     */
    public void rejectedexecution(runnable r, threadpoolexecutor e) {
      throw new rejectedexecutionexception(); //抛异常
    }
  }

 threadpoolexecutor.discardpolicy：表示拒绝任务但不做任何动作，源码如下：

public static class discardpolicy implements rejectedexecutionhandler {
    /**
     * creates a <tt>discardpolicy</tt>.
     */
    public discardpolicy() { }
    /**
     * does nothing, which has the effect of discarding task r.
     * @param r the runnable task requested to be executed
     * @param e the executor attempting to execute this task
     */
    public void rejectedexecution(runnable r, threadpoolexecutor e) {
    } // 直接拒绝，但不做任何操作
  }

threadpoolexecutor.callerrunspolicy：表示拒绝任务，并在调用者的线程中直接执行该任务，源码如下：

public static class callerrunspolicy implements rejectedexecutionhandler {
    /**
     * creates a <tt>callerrunspolicy</tt>.
     */
    public callerrunspolicy() { }
    /**
     * executes task r in the caller's thread, unless the executor
     * has been shut down, in which case the task is discarded.
     * @param r the runnable task requested to be executed
     * @param e the executor attempting to execute this task
     */
    public void rejectedexecution(runnable r, threadpoolexecutor e) {
      if (!e.isshutdown()) {
        r.run(); // 直接执行任务
      }
    }
  }

 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。源码如下：

public static class discardoldestpolicy implements rejectedexecutionhandler {
    /**
     * creates a <tt>discardoldestpolicy</tt> for the given executor.
     */
    public discardoldestpolicy() { }
    public void rejectedexecution(runnable r, threadpoolexecutor e) {
      if (!e.isshutdown()) {
        e.getqueue().poll(); // 丢弃队列中的第一个任务
        e.execute(r); // 执行新任务
      }
    }
}

当任务源源不断到来的时候，会从queue中poll一个任务出来，然后执行新的任务 

总结

以上所述是小编给大家介绍的jdk自带线程池详解，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问请给我留言，小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对服务器之家网站的支持！

原文链接：http://blog.csdn.net/liuchuanhong1/article/details/52042182