9-Java中的线程池

作者: 加夕 | 来源:发表于2019-03-21 17:40 被阅读0次

合理使用线程池的好处：

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。
提高线程的可管理行。使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。

1.线程池的实现原理

线程池的处理流程：

ThreadPoolExecutor.execute(Runnable command)方法示意图：

1、3需要获取全局锁（创建工作线程）

    public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        int c = ctl.get();//前三位：运行状态，后29位：线程数量
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {//线程数量小于核心线程数
            if (addWorker(command, true))   //创建线程并执行当前任务
                return;
            c = ctl.get();
        }
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {//将任务添加到队列
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command)) //不是运行状态，将任务从队列里去掉
                reject(command);//丢弃策略
            else if (workerCountOf(recheck) == 0) //是运行状态，且线程数为0
                addWorker(null, false); //创建线程并从队列中获取当前任务执行
        }
        else if (!addWorker(command, false))    //线程数量小于最大线程数，创建线程并执行当前任务
            reject(command);//丢弃策略，默认AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException
    }

工作线程：线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程Worker，Worker在执行完任务后，还会循环获取工作队列里的任务来执行。Worker类的run()方法：

        public void run() {
            runWorker(this);
        }
    final void runWorker(Worker w) {
        Thread wt = Thread.currentThread();
        Runnable task = w.firstTask;
        w.firstTask = null;
        w.unlock(); // allow interrupts
        boolean completedAbruptly = true;
        try {
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                w.lock();
                // If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
                // if not, ensure thread is not interrupted.  This
                // requires a recheck in second case to deal with
                // shutdownNow race while clearing interrupt
                if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                     (Thread.interrupted() &&
                      runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                    !wt.isInterrupted())
                    wt.interrupt();
                try {
                    beforeExecute(wt, task);
                    Throwable thrown = null;
                    try {
                        task.run();
                    } catch (RuntimeException x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Error x) {
                        thrown = x; throw x;
                    } catch (Throwable x) {
                        thrown = x; throw new Error(x);
                    } finally {
                        afterExecute(task, thrown);
                    }
                } finally {
                    task = null;
                    w.completedTasks++;
                    w.unlock();
                }
            }
            completedAbruptly = false;
        } finally {
            processWorkerExit(w, completedAbruptly);
        }
    }

线程池中的线程执行任务分两种情况：

在execute方法中创建一个线程时，会让这个线程执行当前任务。
这个线程执行完上图中1的任务后，会反复从BlockingQueue里获取任务来执行。

2.线程池的使用

①线程池的创建

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

corePoolSize：线程池核心线程数（线程池的基本大小）。当提交一个任务到线程池时，如果线程数小于该数值，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他核心线程能够执行新任务也会创建线程。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法，会提前创建并启动所有核心线程。
maximumPoolSize：线程池最大线程数。如果队列满了，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。
keepAliveTime：线程活动保持时间。allowCoreThreadTimeOut等于true时，或者工作线程数量超过核心线程数时，线程获取队列的任务时，将用超时获取，超时时间为keepAliveTime。
unit：线程活动保持时间的单位。构造器方法会用unit将keepAliveTime转成纳秒。

workQueue：任务队列。用于保存等待执行任务的阻塞队列。

ArrayBlockingQueue：一个基于数组结构的有界阻塞队列，FIFO。
LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，FIFO，吞吐量通常高于ArrayBlockingQueue。
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态。吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue。
PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。

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。

handler：饱和策略。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。Java提供的策略：

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（相当于丢弃掉）。

②向线程池提交任务

可以使用两个方法向线程池提交任务，分别为execute和submit方法。

void execute(Runnable command)：用于提交不需要返回值的任务。
Future<T> submit(Callable<T> task)：用于提交需要返回值的任务。

3.关闭线程池

可以通过调用线程池的shutdown()和shutdownNow()方法来关闭线程池。它们是原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。

区别：

shutdownNow()先将线程池的状态设置成STOP，然后中断所有正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。
shutdown()先将线程池的状态设置成SHUTDOWN，然后中断所有没有正在执行任务的线程。

只要调用了shutdown()或shutdownNow()，isShutdown()方法就会返回true。

当所有的任务都已关闭后，才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminated()方法会返回true。

4.合理地配置线程池

从以下几个角度分析任务特性：

任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务。
任务的优先级：高、中、低。
任务的执行时间：长、中、短。
任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接。

CPU密集型任务，配置尽可能小的线程，如配置 $N_{cpu}$ +1个线程的线程池。

IO密集型任务，线程并不是一直在执行任务，应配置尽可能多的线程，如2* $N_{cpu}$ 。

混合型任务，如果可以拆分，将其拆分成一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务，只要这两个任务执行的时间相差不是太大，那么分解后执行的吞吐量将高于串行执行的吞吐量。如果相差太大，则没必要进行分解。

可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数。

优先级不同的任务可以使用优先级队列来处理。

执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池俩处理，或者使用优先级队列，让执行时间短的任务先执行。

依赖数据库连接池的任务，因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果，等待的时间越长，则CPU空闲时间就越长，那么线程数应该设置得越大，这样才能更好的利用CPU。（不会获取不到数据库连接吗？？）

建议使用有界队列。

5.线程池的监控

可以通过线程池提供的参数进行监控，在监控线程池的时候可以使用一下属性：

long getTaskCount()：线程池需要执行的任务数量。
long getCompletedTaskCount()：线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount。
int getLargestPoolSize()：线程池里曾经创建过的最大线程数量。
int getPoolSize()：线程池的线程数量。线程池不销毁的话，线程里的线程不会自动销毁，所以这个大小只增不减。（当线程数量超过核心数量的时候，当存活时间内获取不到任务的时候，该线程会从workers里移除，这个数值就统计不到移除的线程了）
int getActiveCount()：获取活动的线程数。

通过扩展线程池进行监控：可通过继承线程池来自定义线程池，重写线程池的beforeExecute(Thread t, Runnable r)、afterExecute(Runnable r, Throwable t)、terminated()方法，可以在任务执行前、执行后、和线程池关闭前执行一些代码进行监控。例如监控任务的平均执行时间、最大执行时间和最小执行时间等。

9-Java中的线程池

1.线程池的实现原理

2.线程池的使用

①线程池的创建

②向线程池提交任务

3.关闭线程池

4.合理地配置线程池

5.线程池的监控

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