Java多线程之线程池
适用情况
- 单个处理时间比较短
- 将要处理的任务量比较大
好处
- 线程重复使用
- 减少多次创建和注销线程的开销
工作模型
1. 线程池的工作模型主要两部分组成,一部分是运行Runnable的Thread对象,另一部分就是阻塞队列。
2. 由线程池创建的Thread对象其内部的run方法会通过阻塞队列的take方法获取一个Runnable对象,然后执行这个Runnable对象的run方法(即,在Thread的run方法中调用Runnable对象的run方法)。
3. 当Runnable对象的run方法执行完毕以后,Thread中的run方法又循环的从阻塞队列中获取下一个Runnable对象继续执行。
4. 当需要向线程池提交任务时会调用阻塞队列的offer方法向队列的尾部添加任务。提交的任务实际上就是是Runnable对象或Callable对象。
线程池工作流程
- 核心线程数,在创建线程池的时候还没有初始化
- 提交任务时,先判断核心线程数是否已经到达上限,如果不是就创建线程
- 如果工作线程数大于核心线程数,且任务队列未满,就进入任务队列
- 如果工作线程数大于核心线程数,且任务队列已满,那看工作线程数是否小于最大线程数,如果小于则创建线程
- 如果工作线程等于最大线程数,就会通过Handler所指定的策略来执行任务
上面的工作流程是根据ThreadPoolExecutor而言的,其实线程池的工作流程还要根据选择的线程池种类而定。
参数配置
corePoolSize:核心线程数
- 核心线程会一直存活,及时没有任务需要执行
- 当线程数小于核心线程数时,即使有线程空闲,线程池也会优先创建新线程处理
- 设置allowCoreThreadTimeout=true(默认false)时,核心线程会超时关闭
queueCapacity:任务队列容量(阻塞队列)
- 当核心线程数达到最大时,新任务会放在队列中排队等待执行
maxPoolSize:最大线程数
- 当线程数>=corePoolSize,且任务队列已满时。线程池会创建新线程来处理任务
- 当线程数=maxPoolSize,且任务队列已满时,线程池会拒绝处理任务而抛出异常
keepAliveTime:线程空闲时间
- 当线程空闲时间达到keepAliveTime时,线程会退出,直到线程数量=corePoolSize
- 如果allowCoreThreadTimeout=true,则会直到线程数量=0
allowCoreThreadTimeout:允许核心线程超时
- 这个值只设置true,false
rejectedExecutionHandler:任务拒绝处理器
下面两种情况会拒绝处理任务:
- 当线程数已经达到maxPoolSize,且队列已满,会拒绝新任务
- 当线程池被调用shutdown()后,会等待线程池里的任务执行完毕,再shutdown。如果在调用shutdown()和线程池真正shutdown之间提交任务,会拒绝新任务
几种拒绝任务的处理方式:
- AbortPolicy(默认) 丢弃任务,抛运行时异常
- CallerRunsPolicy 执行任务
- DiscardPolicy 忽视,什么都不会发生
- DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列(最后一个执行)的任务
线程池种类
- 固定数量线程池
- 单一线程池:只有一个线程
- 缓存线程池:线程池中的线程数量不固定,会根据需求改变
- 计划任务调度线程池:用于执行计划,比如每五分钟执行一次
- ThreadPoolExecutor
newFixedThreadPool
创建一个指定工作线程数量的线程池。每当提交一个任务就创建一个工作线程,如果工作线程数量达到线程池初始的最大数,则将提交的任务存入到任务队列中。
优缺点
FixedThreadPool是一个典型且优秀的线程池,它具有线程池提高程序效率和节省创建线程时所耗的开销的优点。但是,在线程池空闲时,即线程池中没有可运行任务时,它不会释放工作线程,还会占用一定的系统资源。
代码
package test; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ThreadPoolExecutorTest { public static void main(String[] args) { ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3); for (int i = 0; i < 10; i++) { final int index = i; fixedThreadPool.execute(new Runnable() { public void run() { try { System.out.println(index); Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }); } } }
newSingleThreadExecutor
创建一个单线程化的Executor,即只创建唯一的工作者线程来执行任务,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。如果这个线程异常结束,会有另一个取代它,保证顺序执行。
优缺点
单工作线程最大的特点是可保证顺序地执行各个任务,并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。
代码
package test; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ThreadPoolExecutorTest { public static void main(String[] args) { ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor(); for (int i = 0; i < 10; i++) { final int index = i; singleThreadExecutor.execute(new Runnable() { public void run() { try { System.out.println(index); Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }); } } }
newCachedThreadPool
创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。
优缺点
-
工作线程的创建数量几乎没有限制(其实也有限制的,数目为Interger. MAX_VALUE), 这样可灵活的往线程池中添加线程。
- 如果长时间没有往线程池中提交任务,即如果工作线程空闲了指定的时间(默认为1分钟),则该工作线程将自动终止。终止后,如果你又提交了新的任务,则线程池重新创建一个工作线程。
- 在使用CachedThreadPool时,一定要注意控制任务的数量,否则,由于大量线程同时运行,很有会造成系统瘫痪。
代码
package test; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ThreadPoolExecutorTest { public static void main(String[] args) { ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < 10; i++) { final int index = i; try { Thread.sleep(index * 1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } cachedThreadPool.execute(new Runnable() { public void run() { System.out.println(index); } }); } } }
newScheduleThreadPool
创建一个定长的线程池,而且支持定时的以及周期性的任务执行。
延迟3秒执行,延迟执行示例代码如下:
package test; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class ThreadPoolExecutorTest { public static void main(String[] args) { ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5); scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() { public void run() { System.out.println("delay 3 seconds"); } }, 3, TimeUnit.SECONDS); } }
表示延迟1秒后每3秒执行一次,定期执行示例代码如下:
package test; import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class ThreadPoolExecutorTest { public static void main(String[] args) { ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5); scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() { public void run() { System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds"); } }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS); } }
ThreadPoolExecutor
这是我们最常用的线程池,是线程池接口ExecutorService的实现类,其实上面的4中线程池都是由这个实现类来实现。
代码
public class DiscardPolicyDemo { private static final int THREADS_SIZE = 1; private static final int CAPACITY = 1; public static void main(String[] args) throws Exception { // 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(CAPACITY)); // 设置线程池的拒绝策略为"丢弃" pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); // 新建10个任务,并将它们添加到线程池中。 for (int i = 0; i < 10; i++) { Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i); pool.execute(myrun); } // 关闭线程池 pool.shutdown(); } }
线程池拒绝策略
- AbortPolicy(默认):如不能接收任务,抛异常
- CallerRunsPolicy:~~~~~~~~,让调用的线程去完成
- DiscardOldestPolicy:~~~~~~,则丢弃最老一个任务,由一个队列来维护
- DiscardPolicy:~~~~~~~~~~~,丢弃任务
设置线程池拒绝策略
// 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(CAPACITY)); // 设置线程池的拒绝策略为"丢弃" pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
线程池优化需要考虑的因数
-
并发数
- 单次请求的执行时间
线程池初始化
- 默认新创建线程池中没有线程,有任务后才创建
- prestartCoreThread()初始化一个核心线程
- prestartAllCoreThread()初始化所有核心线程
线程池关闭
- shutdown(),等任务执行完再终止,不接受新任务
- shutdownNow(),马上终止,打断正在执行的任务,清空缓存队列,返回未执行的任务
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