《Java并发编程的艺术》之线程池(二)

时间:2021-02-08 20:52:42

线程池核心Executor

Java的线程既是工作单元,也是执行机制。从JDK5开始,把工作单元与执行机制分离开来。工作单元包括Runnable、Callable,而执行机制由Executor提供。

Executor框架结构和流程

主要由以下三部分组成:

  • 任务:Runnable、Callable接口
  • 任务的执行:Executor,以及继承Executor的ExecutorService
  • 异步计算的结果:Future接口、实现Future接口的FutureTask类

《Java并发编程的艺术》之线程池(二)

各个部分的执行流程:

  • 主线程创建任务(实现Runnable或Callable接口的任务对象)。工具类Executors可以把一个Runnable对象封装成Callable对象。
  • 把Runnable对象直接交给ExecutorSerivce执行,或者也可以把Runnable对象或Callable对象提交给ExecutorService执行。
  • submit()会返回一个实现Future接口的对象。主线程可以执行FutureTask.get()方法来等待任务执行完成。主线程也可以通过FutureTask.cancel()方法取消任务执行。

Executor框架成员

《Java并发编程的艺术》之线程池(二)

Executors可以创建以下四个ThreadPoolExecutor特殊应用的类:

  • ThreadPoolExecutor
  • FixedThreadPool,固定线程数量的线程池,多余的任务会加入*的阻塞队列中
  • SingleThreadPool,只有单个线程的线程池,多余的任务会加入*的阻塞队列中
  • CachedThreadPool,没有上限的线程池,使用的SynchronousQueue队列

Executors可以创建以下两个ScheduledThreadPoolExecutor特殊应用的类:

  • ScheduledThreadPoolExecutor
  • SingleThreadScheduledExecutor

下面将对Executor的后两个部分进行分解讲解

ThreadPoolExecutor下的特殊应用(任务执行 部分)

FixedThreadPool

FixedThreadPool的创建方法,FixedThreadPool其实就是ThreadPoolExecutors的特殊用法:

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

主要需要注意的是LinkedBlockingQueue这个*阻塞队列,该阻塞队列会造成以下几个影响:

  • 执行中的线程数达到corePoolSize,新任务会在*队列中等待,所以线程数不会超过corePoolSize
  • 因为不会创建更多的线程,所以maximumPoolSize和keepAliveTime参数就没什么作用了
  • 因为是*队列,所以也不需要用到RejectPolicyHandler

SingleThreadExecutor

该类也是ThreadPoolExecutor的特殊用法

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

相比FixedThreadPool,除一个正在执行任务的线程,其他任务都会一一加入队列中等待执行。

CachedThreadPool

该类比较特殊,是FixedThreadPool的无限版本:

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

一手SynchronousQueue,保证每次offer任务时,需要一个线程poll该任务,否则SynchronousQueue会阻塞。所以其应用场景就是在任务量多,但是执行时间短的场景下。但是我认为这个方法有点无用,普通的线程池可以完全胜任该工作

ScheduledThreadPoolExecutor

ScheduledThreadPoolExecutor虽然不是对ThreadPoolExecutor的参数进行调整,但是对其执行流程进行了一个调整。该类主要用来在给定的延时之后执行任务或定期执行任务。ScheduledThreadPoolExecutor和Timer类似,但是更强大。Timer在单线程下执行,如果前一个任务执行时间过长,会影响下一个任务的执行。

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                   ThreadFactory threadFactory,
                                   RejectedExecutionHandler handler) {
    // 继承ThreadPoolExecutor
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue(), threadFactory, handler);
}

因为是*队列,所以maximumPoolSize,aliveKeepTime和workQueue三个参数没什么意义(根据流程判断用不到它们)

ScheduledThreadPoolExecutor的执行主要分成两个部分:

  • 当调用ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate()方法或者scheduleWithFixedDelay()方法时,会向DelayQueue添加一个实现了RunnableScheduledFuture接口的ScheduledFutureTask
  • 线程池会从DelayQueue中获取ScheduledFutureTask,然后执行任务

ScheduledThreadPoolExecutor在ThreadPoolExecutor的基础上做了以下修改:

  • 使用DelayQueue作为任务队列
  • 获取任务的方式不同
  • 执行任务时会做一些修改

接下来就围绕着上面三点不同点,研究ScheduledThreadPoolExecutor

DelayQueue作为任务队列

具体的内容看这篇

DelayQueue封装了一个PriorityQueue,这个PriorityQueue会对队列中的ScheduledFutureTask进行排序。time小的排在前面(时间早的任务先被执行)。如果两个task的taim相同就比较sequenceNumber,sequenceNumber小的排在前面。

获取任务的方式

线程池总从DelayQueue中获取流程:
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  1. 线程1从DelayQueue中获取已到期的ScheduledFutureTask
  2. 线程1执行该task
  3. 线程1修改该task的time变量为下一次执行的时间
  4. 线程1把这个修改time后的task放回DelayQueue中

FutureTask(异步结果 部分)

该类除了Future接口外还实现了Runnable接口。因此可以将FutureTask提交给线程池使用。该任务如果有多个线程尝试去执行,最终只会有一个线程可以执行,其他线程只能等待该任务执行完毕才能继续执行。

FutureTask可以处于以下三种状态:

  • 未启动。在run()方法还没执行之前,FutureTask处于未启动状态
  • 已启动。在run()方法执行过程中,FutureTask处于已启动状态
  • 已完成。在run()方法执行完后正常结束、被取消、抛出异常。

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当FutureTask处于未启动或已启动状态,调用get()方法,会让调用线程进入阻塞状态;当FutureTask处于已完成状态,阻塞的get()方法会立即返回

《Java并发编程的艺术》之线程池(二)
不同状态下调用get/cancel方法,会有不同的影响

总结

无论是ScheduledThreadPoolExecutor还是FixedThreadExecutor等,都是ThreadPoolExecutor的特殊用法,只要把ThreadPoolExecutor搞懂,那么就不需要担心其他的特殊应用。