《Java并发编程的艺术》之线程池(一)

时间：2022-12-17 18:02:53

线程池的优点：

  • 降低资源开销：每次任务到达时不需要重新创建和销毁
  • 提高可管理性：统一对线程进行调优、监控
  • 提高任务响应速度：不需要等待线程创建

线程池创建的各个参数：

  • corePoolSize： 核心线程数。在核心线程数未满时，也优先创建满核心线程数（就算有空余的核心线程）
  • maximumPoolSize： 最大线程数。当workQueue满的时候，创建新线程来执行新任务
  • keepAliveTime：存活时间。非核心线程可空闲的最大时间
  • workQueue: 任务阻塞队列。当提交新任务且核心线程数已经被使用完时，新任务会先加入任务队列

线程池中线程创建流程：
《Java并发编程的艺术》之线程池(一)

  1. 提交任务时，先判断核心线程数是否已经创建完毕，如果没有，则先将核心线程数创建满；反之则进入下个阶段
  2. 判断核心线程数是否已经全部被占用，如果没有则交给核心线程执行；反之进入下个阶段
  3. 判断工作队列是否已满，如果没满加入队列等待；反之进入下个阶段
  4. 判断当前线程数是否小于MaxThread，如果是，则创建新线程执行任务；反之调用RejectPolicyHandler执行对应的策略

线程池的创建

我们可以通过ThreadPoolExecutor创建一个线程池

ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,
    int maximumPoolSize,
    long keepAliveTime,
    TimeUnit unit,
    BlockingQueue<Runnable> workQueue，
    RejectedExecutionHandler handler)

1) corePoolSize: 当提交一个任务时（即使其他空闲核心线程也能够执行新任务），线程池会创建一个新线程来执行任务，等到corePoolSize个线程被创建了，就不再创建了。如果要额外创建，就要看后面的参数。如果调用了线程的prestartAllCoreThreads() 方法，线程池会提前创建并启动所有核心线程

2) maximumPoolSize: 线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且已经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。如果使用了*队列，该参数没什么效果

3) keepAliveTime: 线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。如果每个线程执行时间较短，可以将该值调大，提高线程利用率

4) unit: 时间单位

5) workQueue: 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原则队元素进行排序
* LinkedBlockingQueue: 一个基于链表结构的阻塞，此队列按FIFO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: 一个不存储元素的队列。每个插入操作要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
* PriorityQueue: 一个具有优先级的无限阻塞队列

6) handler: RejectPolicy默认有四种：
* AbortPolicy，直接抛出异常
* DiscardPolicy，丢弃该任务，放弃处理
* CallerRunsPolicy，只用调用者线程执行任务
* DiscardOldestPolicy，丢弃队列里的队首元素

执行任务

线程池提交任务有两个方法向线程池提交任务，分别为execute()和submit():

  • execute: 执行后没有返回值，无法判断任务是否被线程池执行成功
  • submit: 提交后会返回一个Future类型的对象，通过该Future对象可以判断执行是否成功。其中get方法可以阻塞当前线程直到任务完成，get(timeout, unit)方法可以阻塞当前线程一段时间后返回

关闭线程

关闭线程池有两个方法，分别为shutdown() 和 shutdownNow()

共同点：
遍历线程池中的所有线程，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线程可能永远无法被终止。

不同点：

  • shutdownNow首先将线程池的状态设置为STOP状态，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
  • 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

当任意一个关闭方法被调用时，isShutdown()方法就会返回true。当所有的任务关闭后，调用isTerminated()才会返回true。

具体要调用shutdown()还是shutdownNow()，需要根据具体业务来判断(通常调用shutdown())。如果任务不一定要执行完，可以用shutdownNow()

合理配置

  • 任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务、混合型任务
  • 任务的优先级：高、中、低
  • 任务的执行时间：长、中、短
  • 任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如 数据库连接

如何挑选：

  • CPU密集型任务需要长时间用到CPU运算，所以线程数量最好配置: Ncpu + 1
  • IO密集型任务并不是一直占用CPU，则尽可能配置多的线程: 2 * Ncpu
  • 如果是混合型任务，尝试将其拆分为CPU密集型任务和IO密集型任务
  • 依赖数据库连接池的任务，因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果，等待的时间越长，则CPU空闲时间越长，那么线程数应该设置的越大，这样才能更好的利用CPU。

注意：建议使用有界队列，因为如果线程池里的工作线程全部阻塞，任务挤压在线程池里，最终会导致整个系统不可用

监控要素

  • 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，小于等于taskCount
  • targetPoolSize: 线程池里曾将创建过的最大线程数。通过这个数据可以直到线程池是否曾经瞒过。
  • getPoolSize: 线程池的线程数量。如果线程池不销毁，线程池里的线程不会自动销毁，所以该值只增不减
  • getActiveCount: 获取活动的线程数

通过扩展线程池进行监控。可以通过继承线程池来自定义线程池，重写线程池的beforeExecute(), afterExecute(), terminated() 方法，也可以在任务执行前、后执行一些代码来监控。

总结

该篇主要了解了线程池的使用已经各个元素的含义以及监控时的优化。

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