写在前面的话:之前一直没了解过多线程编程相关的东西,对于线程之类相关的概念也是一知半解。这次借着准备面试的时机,计划将一些关键性的盲区(除多线程以外,还有垃圾回收、图片缓存、性能优化等等)都彻底扫一遍。接下来我会陆续整理成学习笔记,主要作为自己学习后的温习巩固之用。如果能帮助到同样迷茫的小白的话,深感荣幸;如果因为缺少实战导致理解有误或解释不清的地方,还请路过的大牛不吝赐教,共同进步^_^
知识点相关
作为这次学习的切入点,线程池关联到的概念有很多,比如线程到底是什么,常搭配使用的Runnable又是啥,为什么又要搭配起来使用,等等。
关于这些,我找到了一篇博文:多线程(Thread、线程创建、线程池),里面的解释说明非常全面了,感兴趣的可以整篇通读,一定受益匪浅。我在这里仅把几个重要且基础的点列出来,按自己的理解简要说明一下:
- 线程Thread类:用于创建线程(start方法)和定义线程所执行的任务(run方法),这里的run方法与主线程中的main方法等效。
- 任务Runnable接口:一般有两种方法定义任务,一种是继承Thread类重写run方法,另一种则是实现Runnable接口重写run方法。后者用的比较多,是常用搭配,目的就在于将线程创建和线程任务这两块解耦
- 任务Callable接口:作用与Runnable类似,call方法也与run方法地位相同,区别在于Callable返回结果而Runnable不返回
- 任务结果Future接口:对应的通过Future接口的get方法来获取Callable返回的结果,注意:使用get方法时如还未得到结果则会阻塞当前线程直至拿到结果
- 任务FutureTask类:可以理解为是Runnable/Callable和Future的结合体,通过在Callable(Runnable也会先转为Callable)外面加包一层,使用get方法直接获取任务结果
除了以上这些涉及到的类,还有一些多线程相关的概念列举如下:
- 进程:简单来说,一个应用对应一个进程,占用一定内存
- 线程:一个进程包含多个线程,线程相当于是任务执行单元,互不干扰
- 抢占式调度:按优先级高低分配向线程分配内存资源;多线程并不提高程序运行速度,而是在于提高运行效率,提高CPU的使用率
- 主线程:运行main方法所在的线程即为主线程;通常将耗时操作放到主线程以外的线程,以防阻塞主线程
准备工作完毕,下面重点讲线程池↓
为什么要使用线程池
简单来说,线程池就像一个管家,通过调度和合理分配工作,让每个佣人(即线程)在繁忙时都能各司其职高效完成任务,同时又能在空闲时得到充分休息。更具体来说,主要有两点:一是合理利用现存的线程,减少线程创建和销毁所消耗的资源开销,加快响应;二是便于监督和管理每个线程的生命周期。
线程池ThreadPoolExecutor类
要搞清楚这个类,先上一张图。
这是一张继承关系图。最初的Executor接口定义的是execute方法,比较简单。它的子类ExecutorService接口,你可以理解为是通用线程池类,里面增加了线程池常用的一些用于控制线程的方法,如submit和shutdown等,用于管理生命周期。继承的AbstractExecutorService抽象类,是在ExecutorService基础上的默认实现。最后,ThreadPoolExecutor继承自该抽象类,通过构造方法来配置线程池。
这里还要提一下Executors类,不在图中,是线程池工厂类,可以通过一系列静态方法创建线程池。查看源码可以发现,方法内部都是使用ThreadPoolExecutor的构造方法加上不同的配置参数来实现。
下面是ThreadPoolExecutor类的几个构造方法:
重点讲第三个,其他的构造方法基本类似。其中的参数有(按顺序依次):核心线程数N,最大线程数M,超时时间T,时间单位U,缓冲队列B和拒绝处理Handler。这些参数各自代表的含义,将结合不同的缓冲队列类型分情况讲解:
- SynchronousQueue类型:所有任务不进入缓冲队列(可以理解为缓冲队列的容量为0),直接进入可用线程执行,当无可用线程时则直接创建新线程执行任务。当线程数超过M时,调用Handler处理被拒绝的新任务。
- LinkedBlockingQueue类型:有新任务时,若当前线程数少于N,则创建新线程;若大于等于N,则进入缓冲队列;当缓冲队列充满时,且线程数少于M,则继续创建新线程,直至达到M时调用Handler处理拒绝任务。一般情况下,LinkedBlockingQueue作为*队列不指定缓冲容量,可以无限扩展,此时相当于M失效;但也可以通过构造函数来指定容量。
- ArrayBlockingQueue类型:规则与LinkedBlockingQueue类似,但一般情况下指定队列长度。
具体这三种队列类型的区别可以参考这篇文章:ThreadPoolExecutor的三种队列
还有超时时间T和时间单位U,主要作用在于令非核心线程闲置超过一定时长后自动销毁,从而释放资源。
拒绝任务Handler
当线程数和缓冲队列都达到饱和时,会调用相应的Handler处理拒绝的任务。以下是四种预定义的处理策略:
- 在默认的AbortPolicy 中,拒绝后直接抛出异常RejectedExecutionException。
- 在CallerRunsPolicy 中,直接在 execute 方法的调用线程中运行被拒绝的任务。该策略提供简单的反馈控制机制,能够减缓新任务的提交速度。
- 在DiscardPolicy 中,拒绝后直接放弃任务。
- 在DiscardOldestPolicy 中,位于工作队列头部(即最旧)的任务将被放弃,然后重试执行程序(如果再次失败,则重复此过程)。
线程池的简单示例
以斐波那契数列为例,主要展示了不同任务类型的用法区别,注意此处使用submit而不是execute来提交任务,两者区别类似Callable和Runnable。
1 package com.effective.java.concurrent.task; 2 3 import java.util.concurrent.Callable; 4 import java.util.concurrent.ExecutionException; 5 import java.util.concurrent.ExecutorService; 6 import java.util.concurrent.Executors; 7 import java.util.concurrent.Future; 8 import java.util.concurrent.FutureTask; 9 10 public class RunnableFutureTask { 11 12 static ExecutorService mExecutor = new ThreadPoolExecutor(2, 3, 5, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); 13 14 15 public static void main(String[] args) { 16 futureDemo(); 17 } 18 19 20 static void futureDemo() { 21 try { 22 /** 23 * 提交runnable则没有返回值, future没有数据 24 */ 25 Future<?> result = mExecutor.submit(new Runnable() { 26 27 @Override 28 public void run() { 29 fibc(20); 30 } 31 }); 32 33 System.out.println("future result from runnable : " + result.get()); 34 35 /** 36 * 提交Callable, 有返回值, future中能够获取返回值 37 */ 38 Future<Integer> result2 = mExecutor.submit(new Callable<Integer>() { 39 @Override 40 public Integer call() throws Exception { 41 return fibc(20); 42 } 43 }); 44 45 System.out 46 .println("future result from callable : " + result2.get()); 47 48 /** 49 * FutureTask可以通过Thread包装来直接执行,也可以提交给ExecuteService来执行 50 * ,并且还可以通过v get()返回执行结果,在线程体没有执行完成的时候,主线程一直阻塞等待,执行完则直接返回结果。 51 */ 52 FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<Integer>( 53 new Callable<Integer>() { 54 @Override 55 public Integer call() throws Exception { 56 return fibc(20); 57 } 58 }); 59 60 // 提交futureTask 61 mExecutor.submit(futureTask) ; 62 System.out.println("future result from futureTask : " 63 + futureTask.get()); 64 65 } catch (InterruptedException e) { 66 e.printStackTrace(); 67 } catch (ExecutionException e) { 68 e.printStackTrace(); 69 } 70 } 71 72 /** 73 * 效率底下的斐波那契数列, 耗时的操作 74 * 75 * @param num 76 * @return 77 */ 78 static int fibc(int num) { 79 if (num == 0) { 80 return 0; 81 } 82 if (num == 1) { 83 return 1; 84 } 85 return fibc(num - 1) + fibc(num - 2); 86 } 87 }
除文中提到的博文外,其余参考博文列举如下,感谢各位博主的无私分享^_^:
一心多用多线程-线程池ThreadPoolExecutor-看这篇就够了
一心多用多线程-细谈java线程池submit与execute的区别