Java并发学习（六）----线程池学习笔记

作者: 彳亍口巴 | 来源:发表于2020-03-26 20:20 被阅读0次

前言

线程池，顾名思义就是线程的池子，在每次需要取线程去执行任务的时候，没必要每次都创建新线程执行，线程池就是起着维护线程的作用，当有任务的时候就取出一个线程执行，如果任务执行完成则把线程放回到池子中，完成线程的复用，没必要每次都去创建和销毁现场，提高效率。
线程池为线程的生命周期的开销和资源不足提供的解决方案。通过对多个任务的重用线程
那么什么时候使用多线程呢？

单个任务处理时间比较短
处理的任务数比较大，创建和销毁线程消耗资源过多

线程池的优势

（1）、降低系统资源消耗，通过重用已存在的线程，降低线程创建和销毁造成的消耗；
（2）、提高系统响应速度，当有任务到达时，通过复用已存在的线程，无需等待新线程的创建便能立即执行；
（3）方便线程并发数的管控。因为线程若是无限制的创建，可能会导致内存占用过多而产生OOM，并且会造成cpu过度切换（cpu切换线程是有时间成本的（需要保持当前执行线程的现场，并恢复要执行线程的现场））。
（4）提供更强大的功能，延时定时线程池。

1、Exector 接口

Exector 接口：运行新任务的简单接口
ExectorService 接口：扩展了Exector接口，添加了一些用来管理执行器生命周期和任务生命周期的方法
ScheduledExecutorService 接口：扩展自ExectorService接口，支持Future和定期执行任务
Exectors 类：包装了具体的几个常用的线程池的定义，便于使用

注意到默认由executors创建的线程池的工作队列都是基于链表的阻塞队列，没有具体长度

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

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }
    
    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }
    
    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                    threadFactory));
    }
    
    public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }
    

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

2、ThreadPoolExecutor 类

java的线程都是在JUC包中，其中java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor是最为核心的类
其包中包含的四种创建线程池的方法

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    .....
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue);
 
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory);
 
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler);
 
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
        BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);
    ...
}

具体的调用方法又可以是在Exectors类中，只是提供更加便利的线程池调用方法，如果希望使用更加灵活自定义的线程池，还是建议使用ThreadPoolExecutor

2.1 参数说明

private volatile int corePoolSize;:核心池大小

当当前线程数小于核心池数字，则新加一个任务就创建一个线程处理，当超过了核心池大小则加入到任务队列中,在创建了线程池后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，而是等待有任务到来才创建线程去执行任务，除非调用了
prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，从这2个方法的名字就可以看出，是预创建线程的意思，即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中

private volatile int maximumPoolSize;:最大线程数

线程池最大能创建的线程数目

private volatile long keepAliveTime;:线程没有需要处理的任务时最多保持多久会终止

默认情况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime才会起作用，直到线程池中的线程数不大于corePoolSize，即当线程池中的线程数大于corePoolSize时，如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，

keepAliveTime参数也会起作用，直到线程池中的线程数为0

什么时候会出现运行线程数大于核心线程数呢？如果使用了默认的Executors类提供的默认的线程池生产方法，则生成的任务队列都是链表阻塞队列，都是没有长度限制的，那么这样也就暗示了使用链表阻塞队列的线程池，线程池个数最多是核心线程数个，列表阻塞队列才有可能出现填充满了的情况，才进而出现实际线程个数超过核心线程数的情况

private volatile ThreadFactory threadFactory;:创建线程的工厂bean

其中Executors.defaultThreadFactory()提供默认的线程工厂bean

private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;:任务队列
private volatile RejectedExecutionHandler handler:拒绝处理任务时的策略

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

2.2 重要方法

execute()

Executor中声明的方法，在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现，这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法，通过这个方法可以向线程池提交一个任务，交由线程池去执行。

submit()

ExecutorService中声明的方法，在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现，在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写，这个方法也是用来向线程池提交任务的，但是它和execute()方法不同，它能够返回任务执行的结果，去看submit()方法的实现，会发现它实际上还是调用的execute()方法

shutdown()

关闭线程池的方法，不会接受新的任务，会等到已经存在的任务执行完成

shutdownNow()

关闭线程池的方法，不会接受新的任务，已经运行的任务也会被中断执行
注意！当线程处于关闭、关闭中的状态时，不会再接收新的任务，接收到的任务也是会被直接拒绝的，后续由拒绝Policy执行调用

3、线程池流程

image

1、判断核心线程池是否已满，没满则创建一个新的工作线程来执行任务。已满则。
2、判断任务队列是否已满，没满则将新提交的任务添加在工作队列，已满则。
3、判断整个线程池是否已满，没满则创建一个新的工作线程来执行任务，已满则执行饱和策略。

（1、判断线程池中当前线程数是否大于核心线程数，如果小于，在创建一个新的线程来执行任务，如果大于则
2、判断任务队列是否已满，没满则将新提交的任务添加在工作队列，已满则。
3、判断线程池中当前线程数是否大于最大线程数，如果小于，则创建一个新的线程来执行任务，如果大于，则执行饱和策略。）

4、线程池为什么需要使用（阻塞）队列？

回到了非线程池缺点中的第3点：
1、因为线程若是无限制的创建，可能会导致内存占用过多而产生OOM，并且会造成cpu过度切换。

另外回到了非线程池缺点中的第1点：
2、创建线程池的消耗较高。
或者下面这个网上并不高明的回答：
2、线程池创建线程需要获取mainlock这个全局锁，影响并发效率，阻塞队列可以很好的缓冲。

5、线程池为什么要使用阻塞队列而不使用非阻塞队列？

阻塞队列可以保证任务队列中没有任务时阻塞获取任务的线程，使得线程进入wait状态，释放cpu资源。
当队列中有任务时才唤醒对应线程从队列中取出消息进行执行。
使得在线程不至于一直占用cpu资源。

（线程执行完任务后通过循环再次从任务队列中取出任务进行执行，代码片段如下
while (task != null || (task = getTask()) != null) {}）。

不用阻塞队列也是可以的，不过实现起来比较麻烦而已，有好用的为啥不用呢？

6、如何配置线程池

CPU密集型任务
尽量使用较小的线程池，一般为CPU核心数+1。因为CPU密集型任务使得CPU使用率很高，若开过多的线程数，会造成CPU过度切换。

IO密集型任务
可以使用稍大的线程池，一般为2*CPU核心数。 IO密集型任务CPU使用率并不高，因此可以让CPU在等待IO的时候有其他线程去处理别的任务，充分利用CPU时间。

混合型任务
可以将任务分成IO密集型和CPU密集型任务，然后分别用不同的线程池去处理。只要分完之后两个任务的执行时间相差不大，那么就会比串行执行来的高效。
因为如果划分之后两个任务执行时间有数据级的差距，那么拆分没有意义。
因为先执行完的任务就要等后执行完的任务，最终的时间仍然取决于后执行完的任务，而且还要加上任务拆分与合并的开销，得不偿失。

7、java中提供的线程池

Executors类提供了4种不同的线程池：newCachedThreadPool, newFixedThreadPool, newScheduledThreadPool, newSingleThreadExecutor

Java线程池对比

1、newCachedThreadPool：用来创建一个可以无限扩大的线程池，适用于负载较轻的场景，执行短期异步任务。（可以使得任务快速得到执行，因为任务时间执行短，可以很快结束，也不会造成cpu过度切换）

2、newFixedThreadPool：创建一个固定大小的线程池，因为采用无界的阻塞队列，所以实际线程数量永远不会变化，适用于负载较重的场景，对当前线程数量进行限制。（保证线程数可控，不会造成线程过多，导致系统负载更为严重）

3、newSingleThreadExecutor：创建一个单线程的线程池，适用于需要保证顺序执行各个任务。

4、newScheduledThreadPool：适用于执行延时或者周期性任务。

8、使用示例

public class Test {
    public static void main(String[] args) {  
        //核心线程数5，最大线程数10，阻塞队列采用ArrayBlockingQueue,做多排队5个
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200, TimeUnit.MILLISECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5));
         
        for(int i=0;i<15;i++){
            MyTask myTask = new MyTask(i);
            executor.execute(myTask);
            System.out.println("线程池中线程数目："+executor.getPoolSize()+"，队列中等待执行的任务数目："+
            executor.getQueue().size()+"，已执行玩别的任务数目："+executor.getCompletedTaskCount());
        }
        executor.shutdown();
    }
}


class MyTask implements Runnable {
   private int taskNum;
    
   public MyTask(int num) {
       this.taskNum = num;
   }
    
   @Override
   public void run() {
       System.out.println("正在执行task "+taskNum);
       try {
           Thread.currentThread().sleep(4000);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
       System.out.println("task "+taskNum+"执行完毕");
   }

运行结果:其中的一种结果

正在执行task 0
线程池中线程数目：1，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：2，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：3，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 1
线程池中线程数目：4，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 2
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：1，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：2，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：3，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：4，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 3
正在执行task 4
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：6，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 10
线程池中线程数目：7，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 11
线程池中线程数目：8，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 12
线程池中线程数目：9，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 13
线程池中线程数目：10，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 14
task 0执行完毕
task 1执行完毕
task 2执行完毕
正在执行task 5
task 4执行完毕
正在执行task 8
正在执行task 6
正在执行task 7
task 3执行完毕
正在执行task 9
task 10执行完毕
task 13执行完毕
task 12执行完毕
task 11执行完毕
task 14执行完毕
task 5执行完毕
task 8执行完毕
task 6执行完毕
task 7执行完毕
task 9执行完毕

通过案例总结：
当线程数小于核心线程数(5)时会创建新线程,如果要执行的线程大于5，就先把任务放入队列中，如果队列最大容量5已经满了，那会在创建线程，直到最大达到最大线程数10。
并不能保证任务按顺序执行，通过结果也可以看出，任务的完成顺序并不是一定的

注意
这里如果创建超过15个，比如将for循环中改成执行20个任务，就会抛出任务拒绝异常了。因为你的队列和最大线程数才15，如果有20个任务就会抛异常。

9、用线程池和不用线程池的区别是什么？

public class ThreadCondition implements Runnable {


@Test
public void testThreadPool(){
   Runtime run=Runtime.getRuntime();//当前程序运行对象
    run.gc();//调用垃圾回收机制，减少内存误差
    Long freememroy=run.freeMemory();//获取当前空闲内存
    Long protime=System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<10000;i++){
      new Thread(new ThreadCondition()).start();
    }
    System.out.println("独立创建"+10000+"个线程需要的内存空间"+(freememroy-run.freeMemory()));
    System.out.println("独立创建"+10000+"个线程需要的系统时间"+(System.currentTimeMillis()-protime));


    System.out.println("---------------------------------");
    Runtime run2=Runtime.getRuntime();//当前程序运行对象
    run2.gc();//调用垃圾回收机制，减少内存误差
    Long freememroy2=run.freeMemory();//获取当前空闲内存
    Long protime2=System.currentTimeMillis();
   ExecutorService service=Executors.newFixedThreadPool(2);
    for(int i=0;i<10000;i++){
     service.execute(new ThreadCondition()) ;
    } 
    System.out.println("线程池创建"+10000+"个线程需要的内存空间"+(freememroy2-run.freeMemory()));
    service.shutdown();
   
    System.out.println("线程池创建"+10000+"个线程需要的系统时间"+(System.currentTimeMillis()-protime2));




}

@Override
public void run() {
//null
}

}

运行结果：

这也就说明了，线程池的优势。

引用（本文章只供本人学习以及学习的记录，如有侵权，请联系我删除）

java多线程（5）---ThreadPoolExecutor
Java8 线程池源码学习
 Java线程池详解

Java并发学习（六）----线程池学习笔记

前言

线程池的优势

1、Exector 接口

2、ThreadPoolExecutor 类

2.1 参数说明

3、线程池流程

4、线程池为什么需要使用（阻塞）队列？

5、线程池为什么要使用阻塞队列而不使用非阻塞队列？

6、如何配置线程池

7、java中提供的线程池

8、使用示例

9、用线程池和不用线程池的区别是什么？

引用（本文章只供本人学习以及学习的记录，如有侵权，请联系我删除）

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