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2.3 CachedThreadPool 的 execute() 执行过程
3.3 FixedThreadPool 的 execute()方法的执行过程
4.3 ScheduledThreadPoolExecutor的运行机制
4.4 ScheduledThreadPoolExecutor的实现
1、简介
Java 通过 Executors 提供四种线程池,分别为:
- 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。
- 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。
- newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。
- 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。
2、newCachedThreadPool
2.1 示例
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int index = i;
try {
Thread.sleep(index * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(index);
}
});
}
}
}
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。
2.2 详解
CachedThreadPool是一个会根据需要创建新线程的线程池。
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
CachedThreadPool 的 corePoolSize 被设置为 0,即 corePool 为空;maximumPoolSize 被设置为 Integer.MAX_VALUE,即 maximumPool 是无界的。这里把 keepAliveTime 设置为 60L,意味着 CachedThreadPool 中的空闲线程等待新任务的最长时间是 60 秒,空闲线程超过 60 秒后将会被终止。CachedThreadPool 使用没有容量的 SynchronousQueue 作为线程池的工作队列,但CachedThreadPool 的 maximumPool 是无界的。这意味着,如果主线程提交任务的速度高于maximumPool中线程处理任务的速度时,CachedThreadPool 会不断创建新线程。极端情况下,CachedThreadPool会因为创建过多线程而耗尽CPU和内存资源。
2.3 CachedThreadPool 的 execute() 执行过程
1)首先执行 SynchronousQueue.offer(Runnable task)。如果当前 maximumPool 中有空闲线程正在执行 SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS),那么主线程执行 offer 操作与空闲线程执行的 poll 操作配对成功,主线程把任务交给空闲线程执行,execute() 方法执行完成;否则执行下面的步骤2).
2)当初始 maximumPool 为空,或者 maximumPool 中当前没有空闲线程时,将没有线程执行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS)。这种情况下,步骤1)将失败。此时CachedThreadPool 会创建一个新线程执行任务,execute()方法执行完成。
3)在步骤2)中新创建的线程将任务执行完后,会执行
SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS)。这个poll操作会让空闲线程最多在SynchronousQueue中等待60秒钟。如果60秒钟内主线程提交了一个新任务(主线程执行步骤1)),那么这个空闲线程将执行主线程提交的新任务;否则,这个空闲线程将终止。由于空闲60秒的空闲线程会被终止,因此长时间保持空闲的CachedThreadPool不会使用任何资源。
前面提到过,SynchronousQueue是一个没有容量的阻塞队列。每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作,反之亦然。CachedThreadPool使用SynchronousQueue,把主线程提交的任务传递给空闲线程执行。
3、newFixedThreadPool
3.1 示例
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int index = i;
cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(index);
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
}
3.2 详解
FixedThreadPool被称为可重用固定线程数的线程池。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
FixedThreadPool 的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 都被设置为创建 FixedThreadPool 时指定的参数 nThreads。
当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime为多余的空闲线程等待新任务的最长时间,超过这个时间后多余的线程将被终止。这里把keepAliveTime设置为0L,意味着多余的空闲线程会被立即终止。
3.3 FixedThreadPool 的 execute()方法的执行过程
- 1)如果当前运行的线程数少于corePoolSize,则创建新线程来执行任务。
- 2)在线程池完成预热之后(当前运行的线程数等于corePoolSize),将任务加入 LinkedBlockingQueue。
- 3)线程执行完1中的任务后,会在循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。
注意:
FixedThreadPool使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列(队列的容量为Integer.MAX_VALUE)。使用无界队列作为工作队列会对线程池带来如下影响。
- 1)当线程池中的线程数达到corePoolSize后,新任务将在无界队列中等待,因此线程池中的线程数不会超过corePoolSize。
- 2)由于1,使用无界队列时maximumPoolSize将是一个无效参数。
- 3)由于1和2,使用无界队列时keepAliveTime将是一个无效参数。
- 4)由于使用无界队列,运行中的 FixedThreadPool(未执行方法shutdown()或shutdownNow())不会拒绝任务(不会调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution方法)。
4、newScheduledThreadPool
4.1 示例
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
// 延迟三秒执行
scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("delay 3 seconds");
}
}, 3, TimeUnit.SECONDS);
}
}
4.2 详解
ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor。它主要用来在给定的延迟之后运行任务,或者定期执行任务。ScheduledThreadPoolExecutor的功能与Timer类似,但ScheduledThreadPoolExecutor功能更强大、更灵活。Timer对应的是单个后台线程,而ScheduledThreadPoolExecutor可以在构造函数中指定多个对应的后台线程数。
4.3 ScheduledThreadPoolExecutor的运行机制
ScheduledThreadPoolExecutor的执行示意图
ScheduledThreadPoolExecutor为了实现周期性的执行任务,对ThreadPoolExecutor做了如下的修改:
- 使用DelayQueue作为任务队列。
- 获取任务的方式不同(后文会说明)。
- 执行周期任务后,增加了额外的处理(后文会说明)。
4.4 ScheduledThreadPoolExecutor的实现
ScheduledThreadPoolExecutor会把待调度的任务(ScheduledFutureTask)放到一个DelayQueue中。
ScheduledFutureTask主要包含3个成员变量,如下。
- long型成员变量time,表示这个任务将要被执行的具体时间。
- long型成员变量sequenceNumber,表示这个任务被添加到ScheduledThreadPoolExecutor中的序号。
- long型成员变量period,表示任务执行的间隔周期。
DelayQueue封装了一个PriorityQueue,这个PriorityQueue会对队列中的Scheduled-FutureTask进行排序。排序时,time小的排在前面(时间早的任务将被先执行)。如果两个 ScheduledFutureTask的time相同,就比较sequenceNumber,sequenceNumber小的排在前面(也就是说,如果两个任务的执行时间相同,那么先提交的任务将被先执行)。
首先,让我们看看ScheduledThreadPoolExecutor中的线程执行周期任务的过程。
- 1)线程1从DelayQueue中获取已到期的ScheduledFutureTask(DelayQueue.take())。到期任务是指ScheduledFutureTask的time大于等于当前时间。
- 2)线程1执行这个ScheduledFutureTask。
- 3)线程1修改ScheduledFutureTask的time变量为下次将要被执行的时间。
- 4)线程1把这个修改time之后的ScheduledFutureTask放回DelayQueue中(DelayQueue.add())。
接下来,让我们看看上面的步骤1)获取任务的过程。下面是DelayQueue.take()方法的源代码
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly(); // 1
try {
for (;;) {
E first = q.peek();
if (first == null) {
available.await(); // 2.1
} else {
long delay = first.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS);
if (delay > 0) {
long tl = available.awaitNanos(delay); // 2.2
} else {
E x = q.poll(); // 2.3.1
assert x != null;
if (q.size() != 0)
available.signalAll(); // 2.3.2
return x;
}
}
}
} finally {
lock.unlock(); // 3
}
}
DelayQueue.take()的执行示意图
1)获取Lock。
2)获取周期任务。
2.1)如果PriorityQueue为空,当前线程到Condition中等待;否则执行下面的2.2。
2.2)如果PriorityQueue的头元素的time时间比当前时间大,到Condition中等待到time时间;否则执行下面的2.3。
2.3)获取PriorityQueue的头元素(2.3.1);如果PriorityQueue不为空,则唤醒在Condition中等待的所有线程(2.3.2)。
3)释放Lock。
ScheduledThreadPoolExecutor在一个循环中执行步骤2,直到线程从PriorityQueue获取到一个元素之后(执行2.3.1之后),才会退出无限循环(结束步骤2)。
最后,让我们看看ScheduledThreadPoolExecutor中的线程执行任务的步骤4,把ScheduledFutureTask放入DelayQueue中的过程。下面是DelayQueue.add()的源代码实现。
public boolean add(E e) {
return offer(e);
}
public boolean offer(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
q.offer(e);
if (q.peek() == e) {
leader = null;
available.signal();
}
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
DelayQueue.add()的执行示意图:
- 1)获取Lock。
- 2)添加任务。
- 2.1) 向PriorityQueue添加任务。
- 2.2) 如果在上面2.1中添加的任务是PriorityQueue的头元素,唤醒在Condition中等待的所有线程。
- 3)释放Lock。
5、newSingleThreadExecutor
5.1 示例
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
final int index = i;
singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(index);
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
}
5.2 详解
SingleThreadExecutor是使用单个worker线程的Executor。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
SingleThreadExecutor的corePoolSize和maximumPoolSize被设置为1。其他参数与FixedThreadPool相同。SingleThreadExecutor使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列(队列的容量为Integer.MAX_VALUE)。SingleThreadExecutor使用无界队列作为工作队列对线程池带来的影响与FixedThreadPool相同.
SingleThreadExecutor的运行示意图
- 1)如果当前运行的线程数少于corePoolSize(即线程池中无运行的线程),则创建一个新线程来执行任务。
- 2)在线程池完成预热之后(当前线程池中有一个运行的线程),将任务加入LinkedBlockingQueue。
- 3)线程执行完1中的任务后,会在一个无限循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。
6、注意
4. 【强制】线程池不允许使用Executors去创建,而是通过ThreadPoolExecutor的方式,这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则,规避资源耗尽的风险。
说明:Executors返回的线程池对象的弊端如下:
1) FixedThreadPool和SingleThreadPool: 允许的请求队列长度为Integer.MAX_VALUE,可能会堆积大量的请求,从而导致OOM。
2) CachedThreadPool: 允许的创建线程数量为Integer.MAX_VALUE,可能会创建大量的线程,从而导致OOM。
---Java 开发手册
可以使用google的一个java开发包,来处理线程池创建的问题,还可以给线程设置名字。
<dependency>
<groupId>com.google.guava</groupId>
<artifactId>guava</artifactId>
<version>28.1-jre</version>
</dependency>
eg:
用
ThreadFactory namedThreadFactory =
new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("thread-call-runner-%d").build();
ExecutorService fixedThreadPool =
new ThreadPoolExecutor(10,20,200L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),namedThreadFactory);
替代
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
7、参考
《Java开发手册》
《Java并发编程的艺术》