Java 多线程（九）－理解线程池

作者: PFF | 来源:发表于2017-02-02 22:45 被阅读67次

Java 多线程（九）－理解线程池
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线程池

合理利用线程池能够带来以下好处：

降低消耗。通过重复利用已创建的线程降低创建和销毁线程的消耗；
提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行；
提高稳定性。如果无限制的创建线程，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。

为了使线程池的性能达到最优，需要注意：

任务时同类型的，并且相互独立；因为当在线程池中执行独立的任务时，可以随意的改变线程池的大小和配置，这些修改只会对执行性能产生影响。而且如果提交的任务依赖其他任务，很可能产生死锁。
尽量避免执行时间较长的任务。如果执行时间很长的任务比较多，除非线程池很大，否则将可能造成“阻塞”，线程池的响应性会变的很糟糕。

ThreadPoolExecutor 框架

在 JUC 中，ThreadPoolExecutor 实现了一个可配置高性能的线程池。库里已经封装了一些常用的的线程池，如果现有的不能满足实际需求，也可以继承它进行修改。ThreadPoolExecutor 继承关系如下图所示：

类图

其中最核心的是 submit 接口，sumbit 内部调用 execute，无非做了一次封装，生成了 Future 对象，通过该对象可以获取任务结果。

构造函数

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

int corePoolSize

线程池的基本大小：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。

int maximumPoolSize

线程池最大大小，线程池允许创建的最大线程数。如果队列已满，并且已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。值得注意的是如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果

long keepAliveTime

线程活动保持时间：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。所以如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大这个时间，提高线程的利用率。

TimeUnit unit

线程活动保持时间的单位

BlockingQueue<Runnable> workQueue

用于保存等待执行的任务的阻塞队列。一般选用 LinkedBlockingQueue 和 SynchronousQueue。

ThreadFactory threadFactory

用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字，Debug和定位问题时非常又帮助。

RejectedExecutionHandler handler

当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。以下是 JDK 提供的四种策略

AbortPolicy：直接抛出异常。
CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

参数与管理机制

ThreadPoolExecutor 根据 corePoolSize， maximumPoolSize，keepAliveTime 等参数管理线程。如果线程数量小于 corePoolSize，则新任务到来都会生成新的线程。如果数量大于 corePoolSize，新任务会被加入到阻塞队列中去。如果阻塞队列有界且满，同时线程数量还小于 maximumPoolSize，则会生成新的工作线程帮助完成任务。如果很不幸线程数超过 maximumPoolSize，则按照 RejectedExecutionHandler 处理新到的任务。

如果任务完成且线程处于等待状态，ThreadPoolExecutor 会根据 keepAliveTime 销毁空闲线程，直到线程数量不大于 corePoolSize。但是若调用过 allowCoreThreadTimeOut 接口，corePoolSize 下的线程也会被销毁。

线程管理机制如下图所示：

线程管理机制

常用线程池

newFixedThreadPool

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

corePoolSize 和 maximumPoolSize 同为 nThreads，使用无界阻塞队列 LinkedBlockingQueue。因此线程池中线程数量固定，多余的任务会被加入无界链表阻塞队列。

newSingleThreadExecutor

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

corePoolSize 和 maximumPoolSize 同为 1，使用无界阻塞队列 LinkedBlockingQueue。因此线程池中只有 1 条线程，多余的任务会被加入无界链表阻塞队列。

newCachedThreadPool

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

corePoolSize 为 0， maximumPoolSize 是 Integer 极大值，采用 SynchronousQueue 阻塞队列。也就是说若没有空闲线程，线程池会为每个任务创建一个线程。空闲线程会等待 60 秒接收新任务，若没有新任务则会被销毁。最后所有线程都会被销毁。