【Java并发编程学习 7】深入理解线程池

其他 2020-03-31 10:29:47 阅读次数: 0

线程池

什么是线程池

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。在开发过程中，合理地使用线程池能够带来许多好处。

  1. 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。
  2. 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。
  3. 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制地创建，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分配、调优和监控。但是，要做到合理利用

线程池作用

线程池是为突然大量爆发的线程设计的，通过有限的几个固定线程为大量的操作服务，减少了创建和销毁线程所需的时间，从而提高效率。

如果一个线程所需要执行的时间非常长的话，就没必要用线程池了(不是不能作长时间操作，而是不宜。本来降低线程创建和销毁，结果你那么久我还不好控制还不如直接创建线程)，况且我们还不能控制线程池中线程的开始、挂起、和中止。

如何实现构建线程池

什么是ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor就是线程池

ThreadPoolExecutor其实也是JAVA的一个类，通过Executor工厂类的方法，通过传入不同的参数，就可以构造出适用于不同应用场景下的ThreadPoolExecutor（线程池）

构造参数图：
在这里插入图片描述
构造参数参数介绍：

corePoolSize 核心线程数量
maximumPoolSize 最大线程数量
keepAliveTime 线程保持时间，N个时间单位
unit 时间单位（比如秒，分）
workQueue 阻塞队列
threadFactory 线程工厂
handler 线程池拒绝策略

什么是Executor

Executor框架实现的就是线程池的功能。

Executors工厂类中提供的newCachedThreadPool、newFixedThreadPool 、newScheduledThreadPool 、newSingleThreadExecutor 等方法其实也只是ThreadPoolExecutor的构造函数参数不同而已。通过传入不同的参数，就可以构造出适用于不同应用场景下的线程池，

Executor工厂类如何创建线程池图：
在这里插入图片描述

线程池四种创建方式

Java通过Executors（jdk1.5并发包）提供四种线程池，分别为：

  1. 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。
  2. newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
  3. newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
  4. newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，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。

代码演示构建线程池的四种方式

newCachedThreadPool

特点：newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果当前线程池的长度超过了处理的需要时，它可以灵活的回收空闲的线程，当需要增加时， 它可以灵活的添加新的线程，而不会对池的长度作任何限制

缺点：他虽然可以无线的新建线程，但是容易造成堆外内存溢出，因为它的最大值是在初始化的时候设置为 Integer.MAX_VALUE，一般来说机器都没那么大内存给它不断使用。当然知道可能出问题的点，就可以去重写一个方法限制一下这个最大值

总结：线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

代码示例：

package com.lijie;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestNewCachedThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建无限大小线程池，由jvm自动回收
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int temp = i;
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {

                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (Exception e) {

                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i==" + temp);
                }
            });
        }
    }
}

newFixedThreadPool

特点：创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。

缺点：线程数量是固定的，但是阻塞队列是无界队列。如果有很多请求积压，阻塞队列越来越长，容易导致OOM（超出内存空间）

总结：请求的挤压一定要和分配的线程池大小匹配，定线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法是查看电脑CPU核心数量）

代码示例：

package com.lijie;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestNewFixedThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int temp = i;
            newFixedThreadPool.execute(new Runnable() {

                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i==" + temp);
                }
            });
        }
    }
}

newScheduledThreadPool

特点：创建一个固定长度的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务执行，类似于Timer（Timer是Java的一个定时器类）

缺点：由于所有任务都是由同一个线程来调度，因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务（比如：一个任务出错，以后的任务都无法继续）。

代码示例：

package com.lijie;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class TestNewScheduledThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        //定义线程池大小为3
        ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int temp = i;
            newScheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
                public void run() {
                    System.out.println("i:" + temp);
                }
            }, 3, TimeUnit.SECONDS);//这里表示延迟3秒执行。
        }
    }
}

newSingleThreadExecutor

特点：创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，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，他必须保证前一项任务执行完毕才能执行后一项。保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

缺点：缺点的话，很明显，他是单线程的，高并发业务下有点无力

总结：保证所有任务按照指定顺序执行的，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

代码示例：

package com.lijie;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestNewSingleThreadExecutor {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
            newSingleThreadExecutor.execute(new Runnable() {

                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " index:" + index);
                    try {
                        Thread.sleep(200);
                    } catch (Exception e) {

                    }
                }
            });
        }
    }
}

自定义线程线程池

先看ThreadPoolExecutor（线程池）这个类的构造参数
在这里插入图片描述
构造参数参数介绍：

corePoolSize 核心线程数量
maximumPoolSize 最大线程数量
keepAliveTime 线程保持时间，N个时间单位
unit 时间单位（比如秒，分）
workQueue 阻塞队列
threadFactory 线程工厂
handler 线程池拒绝策略

代码示例：

package com.lijie;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test001 {

    public static void main(String[] args) {
        //创建线程池
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(3));
        for (int i = 1; i <= 6; i++) {
            TaskThred t1 = new TaskThred("任务" + i);
            //executor.execute(t1);是执行线程方法
            executor.execute(t1);
        }
        //executor.shutdown()不再接受新的任务，并且等待之前提交的任务都执行完再关闭，阻塞队列中的任务不会再执行。
        executor.shutdown();
    }
}

class TaskThred implements Runnable {
    private String taskName;

    public TaskThred(String taskName) {
        this.taskName = taskName;
    }

    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + taskName);
    }
}

线程池原理剖析

在这里插入图片描述
提交一个任务到线程池中，线程池的处理流程如下：

  1. 判断线程池里的核心线程是否都在执行任务，如果不是（核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建）则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务，则进入下个流程。
  2. 线程池判断工作队列是否已满，如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。
  3. 判断线程池里的线程是否都处于工作状态，如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

如何合理分配线程池大小

什么是CPU密集

CPU密集的意思是该任务需要大量的运算，而没有阻塞，CPU一直全速运行。

CPU密集任务只有在真正的多核CPU上才可能得到加速(通过多线程)，而在单核CPU上，无论你开几个模拟的多线程，该任务都不可能得到加速，因为CPU总的运算能力就那样。

什么是IO密集

IO密集型，即该任务需要大量的IO，即大量的阻塞。在单线程上运行IO密集型的任务会导致浪费大量的CPU运算能力浪费在等待。所以在IO密集型任务中使用多线程可以大大的加速程序运行，即时在单核CPU上，这种加速主要就是利用了被浪费掉的阻塞时间。

分配CPU和IO密集：

  1. CPU密集型时，任务可以少配置线程数，大概和机器的cpu核数相当，这样可以使得每个线程都在执行任务

  2. IO密集型时，大部分线程都阻塞，故需要多配置线程数，2*cpu核数

合理计算

要想合理的配置线程池的大小，首先得分析任务的特性，可以从以下几个角度分析：

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

性质不同的任务可以交给不同规模的线程池执行。

  1. CPU密集型任务应配置尽可能小的线程，如配置CPU个数+1的线程数

  2. IO密集型任务应配置尽可能多的线程，因为IO操作不占用CPU，不要让CPU闲下来，应加大线程数量

可以得出一个结论：
线程等待时间比CPU执行时间比例越高，需要越多线程。
线程CPU执行时间比等待时间比例越高，需要越少线程。

小杰爱吃蛋
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