整合Java-线程池(整合了很多线程池的资料结合一些面试题目)

一,什么是线程池:

               java.util.concurrent.Executors提供了一个 java.util.concurrent.Executor接口的实现用于创建线程池多线程技术主要解决处理器单元内多个线程执行的问题,它可以显著减少处理器单元的闲置时间,增加处理器单元的吞吐能力。     假设一个服务器完成一项任务所需时间为:T1 创建线程时间,T2 在线程中执行任务的时间,T3 销毁线程时间。  如果:T1 + T3 远大于 T2,则可以采用线程池,以提高服务器性能。

一个线程池包括以下四个基本组成部分:
1、线程池管理器(ThreadPool):用于创建并管理线程池,包括 创建线程池,销毁线程池,添加新任务;
2、工作线程(PoolWorker):线程池中线程,在没有任务时处于等待状态,可以循环的执行任务;
3、任务接口(Task):每个任务必须实现的接口,以供工作线程调度任务的执行,它主要规定了任务的入口,任务执行完后的收尾工作,任务的执行状态等;
4、任务队列(taskQueue):用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

二,常见的线程池:    

①newSingleThreadExecutor

单个线程的线程池,即线程池中每次只有一个线程工作,单线程串行执行任务

②newFixedThreadExecutor(n)

固定数量的线程池,没提交一个任务就是一个线程,直到达到线程池的最大数量,然后后面进入等待队列直到前面的任务完成才继续执行

③newCacheThreadExecutor(推荐使用)

可缓存线程池,当线程池大小超过了处理任务所需的线程,那么就会回收部分空闲(一般是60秒无执行)的线程,当有任务来时,又智能的添加新线程来执行。

④newScheduleThreadExecutor

大小无限制的线程池,支持定时和周期性的执行线程

三,线程池的作用与为什么使用线程池:

1.线程池作用

限制系统中执行线程的数量以达到减少在创建和销毁线程上所花的时间以及系统资源的开销。

根据系统的环境情况,可以自动或手动设置线程数量,达到运行的最佳效果;少了浪费了系统资源,多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量,其他线程排队等候。一个任务执行完毕,再从队列的中取最前面的任务开始执行。若队列中没有等待进程,线程池的这一资源处于等待。当一个新任务需要运行时,如果线程池中有等待的工作线程,就可以开始运行了;否则进入等待队列。

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

提高线程的可管理性和应用程序的高可用性

2.使用线程池的原因

减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。

可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。

如果在一个JVM里创建太多的线程,可能会导致系统由于过度消耗内存或“切换过度”而导致系统资源不足。为了防止资源不足,服务器应用程序需要一 些办法来限制任何给定时刻处理的请求数目,尽可能减少创建和销毁线程的次数,特别是一些资源耗费比较大的线程的创建和销毁,尽量利用已有对象来进行服务,这就是“池化资源”技术产生的原因。

      线程池的解析与几个重要的类:

              Java里面线程池的顶级接口是Executor,但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

ExecutorService 真正的线程池接口
ScheduledExecutorService 能和Timer/TimerTask类似,解决那些需要任务重复执行的问题。(接口)
ThreadPoolExecutor ExecutorService的默认实现。

ScheduledThreadPoolExecutor

继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现,周期性任务调度的类实现

要配置一个线程池是比较复杂的,尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下,很有可能配置的线程池不是较优的,因此在Executors类里面提供了一些静态工厂,生成一些常用的线程池。

四,线程池的原理:

            

        

根据原理:由Executors创建线程池,实现ExecutorService接口,来控制线程池的开启与关闭...,实现Executor接口执行

创建一个线程池: ExecutorService ThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

                            .....

五,ThreadPoolExecutor详解:

ThreadPoolExecutor的完整构造方法的签名是:ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) .

corePoolSize - 池中所保存的线程数,包括空闲线程。

maximumPoolSize-池中允许的最大线程数。

keepAliveTime - 当线程数大于核心时,此为终止前多余的空闲线程等待新任务的最长时间。

unit - keepAliveTime 参数的时间单位。

workQueue - 执行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由 execute方法提交的 Runnable任务。

threadFactory - 执行程序创建新线程时使用的工厂。

handler - 由于超出线程范围和队列容量而使执行被阻塞时所使用的处理程序。

ThreadPoolExecutor是Executors类的底层实现。

几个类的源码:<帮助理解:结合ThreadPoolExecutor构造方法参数详解>

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

 }

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

ExecutorService newCachedThreadPool():无界线程池,可以进行自动线程回收

这个实现就有意思了。首先是无界的线程池,所以我们可以发现maximumPoolSize为big big。其次BlockingQueue的选择上使用SynchronousQueue。可能对于该BlockingQueue有些陌生,简单说:该QUEUE中,每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作。

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {

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

六,队列

queue上的三种类型:

什么是有界队列?就是有固定大小的队列。比如设定了固定大小的 LinkedBlockingQueue(一个由链接节点支持的可选有界队列。),又或者大小为 0,只是在生产者和消费者中做中转用的 SynchronousQueue(一个利用 BlockingQueue 接口的简单聚集(rendezvous)机制。)。当使用有限的 maximumPoolSizes时,有界队列(如 ArrayBlockingQueue:一个由数组支持的有界队列)有助于防止资源耗尽,但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷:使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销,但是可能导致人工降低吞吐量。如果任务频繁阻塞(例如,如果它们是 I/O边界),则系统可能为超过您许可的更多线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小,CPU使用率较高,但是可能遇到不可接受的调度开销,这样也会降低吞吐量。

什么是无界队列?指的是没有设置固定大小的队列。这些队列的特点是可以直接入列,直到溢出。当然现实几乎不会有到这么大的容量(超过 Integer.MAX_VALUE),所以从使用者的体验上,就相当于 “无界”。使用无界队列将导致在所有corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样,创建的线程就不会超过 corePoolSize。(因此,maximumPoolSize的值也就无效了。)当每个任务完全独立于其他任务,即任务执行互不影响时,适合于使用无界队列;例如,在 Web页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求,当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时,此策略允许无界线程具有增长的可能性。与有界队列相比,除非系统资源耗尽,否则无界的任务队列不存在任务入队失败的情况。(PriorityBlockingQueue :一个由优先级堆支持的无界优先级队列。)

什么是直接提交?工作队列的默认选项是 SynchronousQueue,它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此,如果不存在可用于立即运行任务的线程,则试图把任务加入队列将失败,因此会构造一个新的线程。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时,此策略允许无界线程具有增长的可能性。

 总结加入队列后的执行流程:

 

  

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