线程池的几个灵魂拷问（一）

作者: 千淘萬漉 | 来源:发表于2020-10-04 15:55 被阅读0次

线程池的几个灵魂拷问（一）
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JUC(11) - 线程池
线程池的内部实现
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之前的博客里有写过一点线程池，但是只是蜻蜓点水式的谈了一下，恰巧前段时间在工作中有了线程池的使用经验，而且线程池的优化又是一个比较有挑战的难题，所以这里借着实战经验结合原理来一篇线程池的总结文章。

1.为什么要用线程池？

线程池解决的核心问题就是资源管理问题。在并发环境下，系统不能够确定在任意时刻中，有多少任务需要执行，有多少资源需要投入。这种不确定性将带来以下若干问题：

频繁申请/销毁资源和调度资源，将带来额外的消耗，可能会非常巨大。
对资源无限申请缺少抑制手段，易引发系统资源耗尽的风险。
系统无法合理管理内部的资源分布，会降低系统的稳定性。

为解决资源分配这个问题，线程池采用了“池化”（Pooling）思想。池化，顾名思义，就是将资源统一在一起管理的一种思想。

2.线程池的核心参数

Java中的线程池核心实现类是ThreadPoolExecutor，ThreadPoolExecutor实现的顶层接口是Executor，顶层接口Executor提供了一种思想：将任务提交和任务执行进行解耦。用户无需关注如何创建线程，如何调度线程来执行任务，用户只需提供Runnable对象，将任务的运行逻辑提交到执行器(Executor)中，由Executor框架完成线程的调配和任务的执行部分。ThreadPoolExecutor，主要构造方法：

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

corePoolSize：核心线程大小，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，即使有其他空闲线程可以处理任务也会创新线程，等到工作的线程数大于核心线程数时就不会在创建了。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法，线程池会提前把核心线程都创造好，并启动

maximumPoolSize：线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且以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。如果我们使用了无界队列，那么所有的任务会加入队列，这个参数就没有什么效果了

keepAliveTime：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。如果没有任务处理了，有些线程会空闲，空闲的时间超过了这个值，会被回收掉。如果任务很多，并且每个任务的执行时间比较短，避免线程重复创建和回收，可以调大这个时间，提高线程的利用率。

unit：keepAliveTIme的时间单位，可以选择的单位有天、小时、分钟、毫秒、微妙、千分之一毫秒和纳秒。类型是一个枚举java.util.concurrent.TimeUnit，这个枚举也经常使用，有兴趣的可以看一下其源码

workQueue：工作队列，用于缓存待处理任务的阻塞队列，常见的有4种，后面有介绍

threadFactory：线程池中创建线程的工厂，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，当线程池无法处理新来的任务了，那么需要提供一种策略处理提交的新任务，默认有4种策略，文章后面会提到

线程池的简单使用示例代码：

public class Demo1 {
    static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3,
            5,
            10,
            TimeUnit.SECONDS,
            new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int j = i;
            String taskName = "任务" + j;
            executor.execute(() -> {
                //模拟任务内部处理耗时
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(j);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + taskName + "处理完毕");
            });
        }
        //关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
}

3、任务调度流程

首先检测线程池运行状态，如果不是RUNNING，则直接拒绝，线程池要保证在RUNNING的状态下执行任务。
如果workerCount < corePoolSize，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。
如果workerCount >= corePoolSize，且线程池内的阻塞队列未满，则将任务添加到该阻塞队列中。
如果workerCount >= corePoolSize && workerCount < maximumPoolSize，且线程池内的阻塞队列已满，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务。
如果workerCount >= maximumPoolSize，并且线程池内的阻塞队列已满, 则根据拒绝策略来处理该任务, 默认的处理方式是直接抛异常。

任务调度策略

4.线程池中常见5种工作队列

任务太多的时候，工作队列用于暂时缓存待处理的任务，JDK中常见的5种阻塞队列：

ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按照先进先出原则对元素进行排序
LinkedBlockingQueue：是一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按照先进先出排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool使用了这个队列。
SynchronousQueue ：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另外一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处理阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用这个队列
PriorityBlockingQueue：优先级队列，进入队列的元素按照优先级会进行排序

5.四种常见饱和策略

AbortPolicy：直接抛出异常
CallerRunsPolicy：在当前调用者的线程中运行任务，即随丢来的任务，由他自己去处理
DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的一个任务，即丢弃队列头部的一个任务，然后执行当前传入的任务
DiscardPolicy：不处理，直接丢弃掉，方法内部为空

6.Executors类

Executors类，提供了一系列工厂方法用于创建线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。常用的方法有：

newSingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory)

创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。内部使用了无限容量的LinkedBlockingQueue阻塞队列来缓存任务，任务如果比较多，单线程如果处理不过来，会导致队列堆满，引发OOM。

newFixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory)

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，在提交新任务，任务将会进入等待队列中等待。如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。内部使用了无限容量的LinkedBlockingQueue阻塞队列来缓存任务，任务如果比较多，如果处理不过来，会导致队列堆满，引发OOM。

newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool()
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory)

创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒处于等待任务到来）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池的最大值是Integer的最大值(2^31-1)。内部使用了SynchronousQueue同步队列来缓存任务，此队列的特性是放入任务时必须要有对应的线程获取任务，任务才可以放入成功。如果处理的任务比较耗时，任务来的速度也比较快，会创建太多的线程引发OOM。

newScheduledThreadPool

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory)

创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

在《阿里巴巴java开发手册》中指出了线程资源必须通过线程池提供，不允许在应用中自行显示的创建线程，这样一方面是线程的创建更加规范，可以合理控制开辟线程的数量；另一方面线程的细节管理交给线程池处理，优化了资源的开销。而线程池不允许使用Executors去创建，而要通过ThreadPoolExecutor方式，这一方面是由于jdk中Executor框架虽然提供了如newFixedThreadPool()、newSingleThreadExecutor()、newCachedThreadPool()等创建线程池的方法，但都有其局限性，不够灵活；另外由于前面几种方法内部也是通过ThreadPoolExecutor方式实现，使用ThreadPoolExecutor有助于大家明确线程池的运行规则，创建符合自己的业务场景需要的线程池，避免资源耗尽的风险。

1、JAVA线程池，这一篇就够了
2、JUC中的Executor框架详解1