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顾名思义#xff0c;线程池就是管理一系列线程的资源池#xff0c;其提供了一种限制和管理线程资源的方式。每个线程池还维护一些基本统计信息#xff0c;例如已完成任务的数量。
这里借用《Java 并发编程的艺术》书中的部分内容来总结一下使用线程池的好处#x…1.概念
顾名思义线程池就是管理一系列线程的资源池其提供了一种限制和管理线程资源的方式。每个线程池还维护一些基本统计信息例如已完成任务的数量。
这里借用《Java 并发编程的艺术》书中的部分内容来总结一下使用线程池的好处 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。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。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。 线程池一般用于执行多个不相关联的耗时任务没有多线程的情况下任务顺序执行使用了线程池的话可让多个不相关联的任务同时执行。
2.线程池的构造
ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类在JDK1.5引入位于java.util.concurrent包由Doug Lea完成。 Executors.newFixedThreadPool创建一个固定大小的线程池可控制并发的线程数超出的线程会在队列中等待。Executors.newCachedThreadPool创建一个可缓存的线程池若线程数超过处理所需缓存一段时间后会回收若线程数不够则新建线程。Executors.newSingleThreadExecutor创建单个线程数的线程池它可以保证先进先出的执行顺序。Executors.newScheduledThreadPool创建一个可以执行延迟任务的线程池。Executors.newSingleThreadScheduledExecutor创建一个单线程的可以执行延迟任务的线程池。Executors.newWorkStealingPool创建一个抢占式执行的线程池任务执行顺序不确定【JDK 1.8 添加】。ThreadPoolExecutor手动创建线程池的方式它创建时最多可以设置 7 个参数。 Executor接口
public interface Executor {// 该接口中只定义了一个Runnable作为入参的execute方法void execute(Runnable command);
}
查看Executor接口的实现类图 Executor线程池相关顶级接口它将任务的提交与任务的执行分离开来ExecutorService继承并扩展了Executor接口提供了Runnable、FutureTask等主要线程实现接口扩展ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类用来执行被提交的任务ScheduledExecutorService继承ExecutorService接口并定义延迟或定期执行的方法ScheduledThreadPoolExecutor继承ThreadPoolExecutor并实现了ScheduledExecutorService接口是延时执行类任务的主要实现 1、newCachedThreadPool
创建一个可缓存的线程池若线程数超过处理所需缓存一段时间后会回收若线程数不够则新建线程。
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class CachedThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个可缓存的线程池ExecutorService cachedThreadPool Executors.newCachedThreadPool();// 提交任务到线程池for (int i 0; i 5; i) {final int taskNumber i;cachedThreadPool.submit(new Runnable() {Overridepublic void run() {System.out.println(执行任务: taskNumber 由线程 Thread.currentThread().getName() 处理);try {// 模拟任务执行时间Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});}// 关闭线程池不接受新任务已提交的任务继续执行cachedThreadPool.shutdown();// 等待所有任务完成while (!cachedThreadPool.isTerminated()) {// 可以在此处做其他工作或者只是等待}System.out.println(所有任务已完成);}
}运行结果
执行任务: 1 由线程 pool-1-thread-2 处理
执行任务: 3 由线程 pool-1-thread-4 处理
执行任务: 2 由线程 pool-1-thread-3 处理
执行任务: 4 由线程 pool-1-thread-5 处理
执行任务: 0 由线程 pool-1-thread-1 处理
所有任务已完成在这个例子中我们创建了一个可缓存的线程池并提交了5个任务。每个任务简单地打印出自己的任务编号和执行它的线程名称然后休眠1秒钟来模拟工作负载。 在提交所有任务后我们调用shutdown()方法来关闭线程池。这将导致线程池不再接受新任务但是已经提交的任务会继续执行直到完成。然后我们使用一个循环来等待所有任务完成。当所有任务都执行完毕线程池中的线程如果没有新的任务将会被回收。 2、newFixedThreadPool
创建一个固定大小的线程池可控制并发的线程数超出的线程会在队列中等待。
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class FixedThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个固定大小为5的线程池ExecutorService fixedThreadPool Executors.newFixedThreadPool(5);// 提交任务到线程池for (int i 0; i 10; i) {final int taskNumber i;fixedThreadPool.submit(() - {System.out.println(执行任务: taskNumber 由线程 Thread.currentThread().getName() 处理);try {// 模拟任务执行时间Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});}// 关闭线程池不接受新任务已提交的任务继续执行fixedThreadPool.shutdown();// 等待所有任务完成while (!fixedThreadPool.isTerminated()) {// 可以在此处做其他工作或者只是等待}System.out.println(所有任务已完成);}
}运行结果
执行任务: 0 由线程 pool-1-thread-1 处理
执行任务: 4 由线程 pool-1-thread-5 处理
执行任务: 3 由线程 pool-1-thread-4 处理
执行任务: 2 由线程 pool-1-thread-3 处理
执行任务: 1 由线程 pool-1-thread-2 处理
执行任务: 5 由线程 pool-1-thread-1 处理
执行任务: 7 由线程 pool-1-thread-2 处理
执行任务: 6 由线程 pool-1-thread-3 处理
执行任务: 8 由线程 pool-1-thread-4 处理
执行任务: 9 由线程 pool-1-thread-5 处理
所有任务已完成在这个例子中 - 我们创建了一个固定大小为5的线程池这意味着最多只有5个线程同时运行。 - 提交了10个任务到线程池由于线程池的大小限制最多只有5个任务会同时运行其余的任务会等待直到有线程空闲出来。 - 使用 shutdown() 方法关闭线程池这表示不再接受新任务但已提交的任务会继续执行直到完成。 - 使用一个循环等待所有任务完成这是通过检查 isTerminated() 方法实现的该方法在所有任务执行完毕后返回 true。 3、newScheduledThreadPool
创建一个周期性的线程池支持定时及周期性执行任务。
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;public class ScheduledThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个具有固定线程数量的ScheduledThreadPoolExecutorScheduledExecutorService scheduledExecutor Executors.newScheduledThreadPool(5);// 定义一个Runnable任务Runnable task new Runnable() {Overridepublic void run() {System.out.println(任务执行时间: System.currentTimeMillis());}};// 定时执行任务延迟2秒后开始执行之后每隔1秒执行一次scheduledExecutor.scheduleAtFixedRate(task, 2, 1, TimeUnit.SECONDS);// 定时执行任务在指定的延迟后执行一次scheduledExecutor.schedule(new Runnable() {Overridepublic void run() {System.out.println(一次性任务执行时间: System.currentTimeMillis());}}, 5, TimeUnit.SECONDS);// 取消定时任务5秒后执行的任务不会被执行// scheduledExecutor.schedule(new Runnable() {...}, 5, TimeUnit.SECONDS).cancel(true);// 程序运行一段时间后关闭线程池try {Thread.sleep(10 * 1000); // 让程序运行10秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}scheduledExecutor.shutdown();}
}运行结果
任务执行时间: 1725289960007
任务执行时间: 1725289961008
任务执行时间: 1725289962006
一次性任务执行时间: 1725289963008
任务执行时间: 1725289963008
任务执行时间: 1725289964003
任务执行时间: 1725289965001
任务执行时间: 1725289966000
任务执行时间: 1725289966996
任务执行时间: 1725289967994 在这个例子中我们创建了一个拥有5个线程的 ScheduledThreadPoolExecutor。我们定义了一个简单的 Runnable 任务它会在每次执行时打印当前的时间戳。我们使用 scheduleAtFixedRate 方法来周期性地执行这个任务每隔1秒执行一次从延迟2秒后开始。我们还使用 schedule 方法来安排一个在5秒后只执行一次的任务。 最后我们在程序运行10秒后关闭线程池以确保程序能够正常结束。如果需要取消某个定时任务可以使用 cancel 方法。 4、newSingleThreadExecutor
创建一个单线程的线程池可保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
package Text;import java.util.concurrent.*;public class ScheduledThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {ExecutorService exector Executors.newSingleThreadExecutor();//提交任务给线程执行exector.execute(new Runnable() {Overridepublic void run() {System.out.println(任务1开始执行);try{Thread.sleep(2000);//模拟任务执行时间} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(任务一执行完毕);}});exector.execute(new Runnable() {Overridepublic void run() {System.out.println(任务2开始执行);try{Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(任务2执行完毕);}});exector.shutdown();}
}运行结果
任务1开始执行
任务一执行完毕
任务2开始执行
任务2执行完毕在这个例子中两个任务将按照它们提交的顺序执行。由于是单线程所以任务2会在任务1完成后才开始执行。 如果你想按照优先级来执行任务你可以使用 PriorityBlockingQueue 作为线程池的队列或者在提交任务时使用 Callable 接口和 Future 类来设置优先级。不过newSingleThreadExecutor 默认不支持优先级队列它只是简单地按照任务提交的顺序来执行。如果你需要优先级队列你可能需要自定义线程池或者使用 PriorityBlockingQueue 作为队列来创建线程池。 二、通过ThreadPoolExecutor类自定义。 ThreadPoolExecutor类提供了4种构造方法可根据需要来自定义一个线程池。 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueueRunnable workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler) {// 省略...}
1、共7个参数如下 1corePoolSize核心线程数线程池中始终存活的线程数。 2maximumPoolSize: 最大线程数线程池中允许的最大线程数。 3keepAliveTime: 存活时间线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。 4unit: 单位参数keepAliveTime的时间单位7种可选。 5workQueue: 一个阻塞队列用来存储等待执行的任务均为线程安全7种可选。 较常用的是LinkedBlockingQueue和Synchronous。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。
6threadFactory: 线程工厂主要用来创建线程默及正常优先级、非守护线程。
7handler拒绝策略拒绝处理任务时的策略4种可选默认为AbortPolicy。 3.线程池的运行原理
说完线程池的核心构造参数接下来来讲解这些参数在线程池中是如何工作的。
线程池刚创建出来是什么样子呢如下图 没错刚创建出来的线程池中只有一个构造时传入的阻塞队列里面并没有线程如果想要在执行之前创建好核心线程数可以调用 prestartAllCoreThreads 方法来实现默认是没有线程的。 当有线程通过 execute 方法提交了一个任务会发生什么呢
首先会去判断当前线程池的线程数是否小于核心线程数也就是线程池构造时传入的参数 corePoolSize。
如果小于那么就直接通过 ThreadFactory 创建一个线程来执行这个任务如图 当任务执行完之后线程不会退出而是会去阻塞队列中获取任务如下图
接下来如果又提交了一个任务也会按照上述的步骤去判断是否小于核心线程数如果小于还是会创建线程来执行任务执行完之后也会从阻塞队列中获取任务。
这里有个细节就是提交任务的时候就算有线程池里的线程从阻塞队列中获取不到任务如果线程池里的线程数还是小于核心线程数那么依然会继续创建线程而不是复用已有的线程。
如果线程池里的线程数不再小于核心线程数呢那么此时就会尝试将任务放入阻塞队列中入队成功之后如图
这样阻塞的线程就可以获取到任务了。
但是随着任务越来越多队列已经满了任务放入失败怎么办呢
此时会判断当前线程池里的线程数是否小于最大线程数也就是入参时的 maximumPoolSize 参数
如果小于最大线程数那么也会创建非核心线程来执行提交的任务如图
所以就算队列中有任务新创建的线程还是会优先处理这个提交的任务而不是从队列中获取已有的任务执行从这可以看出先提交的任务不一定先执行。
假如线程数已经达到最大线程数量怎么办呢
此时就会执行拒绝策略也就是构造线程池的时候传入的 RejectedExecutionHandler 对象来处理这个任务。
JDK 自带的 RejectedExecutionHandler 实现有 4 种 AbortPolicy丢弃任务抛出运行时异常CallerRunsPolicy由提交任务的线程来执行任务DiscardPolicy丢弃这个任务但是不抛异常DiscardOldestPolicy从队列中剔除最先进入队列的任务然后再次提交任务 线程池创建的时候如果不指定拒绝策略就默认是 AbortPolicy 策略。
当然你也可以自己实现 RejectedExecutionHandler 接口比如将任务存在数据库或者缓存中这样就可以从数据库或者缓存中获取被拒绝掉的任务了。
到这里我们发现线程池构造的几个参数 corePoolSize、maximumPoolSize、workQueue、threadFactory、handler 我们都在上述的执行过程中讲到了那么还差两个参数 keepAliveTime 和 unitunit 是 keepAliveTime 的时间单位没讲到所以 keepAliveTime 是如何起作用的呢这个问题留到后面分析。
说完整个执行的流程接下来看看 execute 方法的代码是如何实现的。
public void execute(Runnable command) {// 首先检查提交的任务是否为null是的话则抛出NullPointerException。if (command null)throw new NullPointerException();// 获取线程池的当前状态ctl是一个AtomicInteger其中包含了线程池状态和工作线程数int c ctl.get();// 1. 检查当前运行的工作线程数是否少于核心线程数corePoolSizeif (workerCountOf(c) corePoolSize) {// 如果少于核心线程数尝试添加一个新的工作线程来执行提交的任务// addWorker方法会检查线程池状态和工作线程数并决定是否真的添加新线程if (addWorker(command, true))return;// 重新获取线程池的状态因为在尝试添加线程的过程中线程池的状态可能已经发生变化c ctl.get();}// 2. 尝试将任务添加到任务队列中if (isRunning(c) workQueue.offer(command)) {int recheck ctl.get();// 双重检查线程池的状态if (! isRunning(recheck) remove(command)) // 如果线程池已经停止从队列中移除任务reject(command);// 如果线程池正在运行但是工作线程数为0尝试添加一个新的工作线程else if (workerCountOf(recheck) 0)addWorker(null, false);}// 3. 如果任务队列满了尝试添加一个新的非核心工作线程来执行任务else if (!addWorker(command, false))// 如果无法添加新的工作线程可能因为线程池已经停止或者达到最大线程数限制则拒绝任务reject(command);
}
