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一、线程池概念

回顾一下,我们最初引入线程的原因:频繁创建销毁进程,太慢了,而且开销很大
同样的,随着互联网的发展,随着我们对于性能要求更进一步~,频繁创建销毁线程,开销有些不能接受了

• 那我们为了更高效的创建销毁线程,解决方案有两个:
• 1.线程池
• 2.协程(纤程,轻量级线程)

我们本篇文章重点介绍线程池

关于协程我们现在只做简单了解

• 协程
• Java17左右的时候,才引入到标准库中,目前在Java圈子还没有普遍使用
• Go语言更擅长处理"并发编程"
• 使用协程,相比于线程性能更高

线程池是一种池化技术,用于预先创建并管理一组线程,避免频繁创建和销毁线程的开销,提高性能和响应速度

(一)什么是线程池

场景:
学校新开了一家快递店,老板灵机一动,想了个与众不同的办法来经营店面,店里没有雇人,而是每次有业务,就现场找一名同学把快递送了,然后解雇同学
这就像我们平时处理一个任务,创建一个线程进行处理的模式
很快就发现了问题,每次招聘+解雇同学的成本还是很高的,所以老板指定了一个指标,业务人员扩张到3人,但是还会随着业务的扩大逐步招人,于是再有业务,如果公司没有3个人,就雇1个人去送快递,否则,只是吧业务放到一个本本上,等着3个员工空闲的时候去处理,这个就是我们的线程池模式

其实我们早就接触到了"池"的概念

• 常量池
• 字符串常量,在Java程序最初构建的时候,就已经准备好,等程序运行的时候,这样的常量也就加载到内存中了,省下了很大构造/创建的开销
• 字符串常量池,线程池,进程池,内存池,数据库连接池…
• 就像是一池子备用胎,现在虽然没有,随时要拿出来使用

简单来说线程池:把线程提前创建好,放到一个地方(类似于数组),需要用的时候,随时去取,用完了还回到池子中

(二)为什么认为直接创建比在池子中取线程开销更大

• 操作系统中包含用户态 和 内核态
• 一个操作系统 = 内核 + 配套的应用程序
• 内核 中包含操作系统的各种核心功能
• 1)管理硬件设备
• 2)给软件提供稳定的运行环境
• 一个操作系统,内核就是一份,一份内核要给所有的应用程序提供服务支持

• 如果有一段代码是应用程序中自行完成,整个执行过程是可控的
• 如果有一段代码,需要进入到内核中,由内核负责完成一系列工作,这个过程是不可控的,程序员写的代码干预不了
• 因此通常认为,可控的过程要比不可控过程更高效~~

从线程池中取现成的线程,纯应用程序代码就可以完成 [可控]
从操作系统创建新线程,就需要操作系统内核配合完成 [不可控]
使用线程池,就可以省下应用程序切换到内核中运行这样的开销

二、标准库中的线程池 ThreadPoolExecutor

• 线程池的核心方法,submit(Runnable)
• 通过Runnable描述一段要执行的任务
• 通过submit任务放到线程池中
• 此时线程池里的线程就会执行这样的任务

(一)构造方法

(二)七个参数含义(后四个重点掌握)

Java的线程池,里面包含几个线程,是可以动态调整的,任务多的时候,自动扩容成更多的线程,任务少的时候 ,把额外的线程干掉,节省资源

• 1.int corePoolSize 核心线程数
  线程池中至少有多少个线程,线程池一创建,这些线程也要随之创建,直到整个线程池销毁,这些线程才会销毁

• 2.int maximumPoolSize 最大线程数 = 核心线程+非核心线程(自适应)
  若任务并不繁忙就会销毁,繁忙就再创建,线程也不是越多越好,毕竟线程太多会抢占资源

• 3.long keepAliveTime 非核心线程允许空闲的最大时间
  不能这个线程一空闲下来,就直接把它销毁,因为可能下一秒就需要他干活啦,我们为他设置一个最大的摸鱼时间~~

• 4.TimeUnit unit 是一个枚举类型的参数，作为keepAliveTime 的时间单位，是秒，分钟或者其他值
  

• 5.BlockingQueue workQueue : 工作队列

• 我们可以选择使用数组/链表 指定capacity 指定是否要带有优先级/比较规则

• 泛型为Runnable ,说明阻塞队列中的元素是一个个Runnable任务

• 每次通过调用 submit() 方法,submit就会将任务添加到队列(阻塞队列)

• 因为需要以阻塞队列为基础,进行数据交互,所以工作队列的类型为BlockingQueue

线程池本质上也是生产者消费者模型,调用submit就是在生产任务,线程池里的线程就是在消费任务

• 6. ThreadFactory threadFactory : 线程工厂 统一的构造并初始化线程
  利用工厂模式来弥补构造方法的缺陷(无法构成重载)

(三)工厂模式

• 是一种创建型的设计模式,提供了一种封装对象创建过程的方法
• 工厂模式通过静态方法,将对象的创建(实例化 & 初始化) 将创建对象的过程封装好,弥补构造方法的缺陷
• 有助于降低代码的耦合度,提高可维护性和可扩展性

1) 典型案例

• 这是 C++ 和 Java共有的一个问题
• 构造方法的名字是固定的,想要提供不同的版本,需要通过重载来实现,但是像上述情况就无法构成重载,需要借助工厂模式实现

2) 使用工厂模式

• 其中 用来构造对象的静态方法(makePointByXY & makePointByRA) 称为工厂方法
• 提供工厂方法的类(PointFactory) 称为工厂类

通过单独的类(PointFactory)提供工厂方法(makePointByXY & makePointByRA),和构造对象的类(Point)分开,这是更科学的工厂设计模式

工厂方法的核心:通过静态方法,把构造对象new的过程,各种属性初始化的过程,封装起来,提供多组静态方法,实现不同情况的构造

我们继续回到第六个参数ThreadFactory threadFactory : 线程工厂

• 此外如果想让线程池中的线程具有其他的特性,或者想去干预这些线程的其他功能,都可以手动实现 ThreadFactory接口,重写newThread()方法

class SimpleThreadFactory implements ThreadFctory{public Thread newThread(Runnable r){return new Thread(r);}
}

• 标准库通过这个方法,帮我们设置好线程池中基本的线程属性

• 7.RejectedExecutionHandler handler : 拒绝策略
  整个线程池七个参数中,最重要,最复杂的

(四)拒绝策略

RejectedExecutionHandler handler

• 1) AbortPolicy --异常,线程池可能无法继续工作

• 当任务队列满且没有线程空闲,此时添加任务会直接抛出RejectedExecutionException异常,这也是默认的拒绝策略

• 非但新的任务干不了,甚至之前旧的任务也干不了了~

• 2) CallerRunsPolicy --让调用者自己干

• 当任务队列满且没有线程空闲,此时添加任务由调用者线程即调用submit的线程来执行该任务

• 也就是说submit整个方法里的代码,都是在这个线程中执行的

• submit方法里,暗藏玄机~

• 判定当前队列是否满,判定当前拒绝策略是否为CallerRunsPlicy ,如果两个判断都为true

• submit内部就会直接调用 Runnable,run()

伪代码:

void submit(Runnable runnable){if(队列满了 && 拒绝策略为CallerRunsPlicy){runnable.run();return ;}queue.put(runnable);//若不->线程池里的一组线程来执行任务return ;
}

一个进程中会有很多个线程,假设线程池中已经有4个线程(a,b,c,d),现在来了一个新的线程X,调用submit方法
此时X调用submit,就是执行上述的伪代码逻辑,X就是调用者线程

• 3) DiscardOldestPolicy --丢弃最老的任务,干当前给的新任务

• 当任务队列满且没有线程空闲,会删除最早的任务,处理最新的任务

• 4) DiscardPolicy --丢掉当前的新任务

• 直接丢弃当前给的这个新任务,不会执行任何操作,也不会抛出异常

• 自定义拒绝策略
  

为什么使用线程池而不使用生产者消费者模型

在了解了拒绝策略后,再做一个扫盲,我们前面说,线程池的本质就是生产者消费者模型,那么为什么我们不直接使用生产者消费者模型

• submit把任务添加到任务队列中,这个任务队列就是阻塞队列
• 队列满了,再添加,就会阻塞,但是我们一般不希望程序阻塞太多
• 对于线程池来说,入队列时发现队列满了,不会真的触发"入队列操作",不是真的阻塞,而是执行拒绝策略的相关代码
• 如果业务逻辑中的线程调用submit就阻塞,就会使这个线程无法干别的事情了,明显不是一个好的选择
• 线程响应用户的请求阻塞了,用户迟迟拿不到响应,直观上的现象是"卡了",其实是失败了,与其告诉我"卡了",不如直接告诉我"失败了"

线程池最大的好处就是减少每次启动,销毁线程的损耗