线程池简介

线程池的好处

  1. 降低系统资源消耗,通过重用已存在的线程,降低线程创建和销毁造成的消耗;

  2. 提高系统响应速度,当有任务到达时,无需等待新线程的创建便能立即执行;

  3. 方便线程并发数的管控,线程若是无限制的创建,不仅会额外消耗大量系统资源,更是占用过多资源而阻塞系统或OOM等状况,从而降低系统的稳定性。线程池能有效管控线程,统一分配、调优,提供资源使用率;

  4. 更强大的功能,线程池提供了定时、定期以及可控线程数等功能的线程池,使用方便简单。

线程池的使用

创建一个线程池的构造方法
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

创建一个线程池需要输入参数

  1. corePoolSize(线程池的基本大小)

    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,即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程,等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法,线程池会提前创建并启动所有基本线程。

  2. maximumPoolSize(线程池最大大小)

    线程池允许创建的最大线程数。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。值得注意的是如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。

  3. keepAliveTime(线程活动保持时间)

    线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。删除线程数目到核心线程数。所以如果任务很多,并且每个任务执行的时间比较短,可以调大这个时间,提高线程的利用率。

  4. TimeUnit(线程活动保持时间的单位)

    可选的单位有天(DAYS),小时(HOURS),分钟(MINUTES),毫秒(MILLISECONDS),微秒(MICROSECONDS, 千分之一毫秒)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。

  5. runnableTaskQueue(任务队列)

    用于保存等待执行的任务的阻塞队列。 可以选择以下几个阻塞队列。
    ArrayBlockingQueue:是一个基于数组结构的有界阻塞队列,此队列按 FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。
    LinkedBlockingQueue:一个基于链表结构的无界阻塞队列(但可以指定队列大小,从而成为有界),此队列按FIFO (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,静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。
    PriorityBlockingQueue:一个具有优先级的无限阻塞队列。
    更多阻塞队列的知识请点击这

  6. 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。

  7. RejectedExecutionHandler(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。这个策略默认情况下是AbortPolicy,表示无法处理新任务时抛出异常。以下是JDK1.5提供的四种策略。

    AbortPolicy:直接抛出异常。
    CallerRunsPolicy:只用调用者所在线程来运行任务。
    DiscardOldestPolicy:丢弃最远的一个任务,并执行当前任务。
    DiscardPolicy:不处理,丢弃掉。
    当然也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化不能处理的任务。

SynchronousQueue内部并没有数据缓存空间,你不能调用peek()方法来看队列中是否有数据元素,因为数据元素只有当你试着取走的时候才可能存在,不取走而只想偷窥一下是不行的,当然遍历这个队列的操作也是不允许的。队列头元素是第一个排队要插入数据的线程,而不是要交换的数据。数据是在配对的生产者和消费者线程之间直接传递的,并不会将数据缓冲数据到队列中。可以这样来理解:生产者和消费者互相等待对方,握手,然后一起离开。

提交任务

我们可以使用execute提交的任务,但是execute方法没有返回值,所以无法判断任务是否被线程池执行成功。通过以下代码可知execute方法输入的任务是一个Runnable类的实例。

threadsPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // TODO Auto-generated method stub
            }
        });

我们也可以使用submit 方法来提交任务,它会返回一个future,那么我们可以通过这个future来判断任务是否执行成功,通过future的get方法来获取返回值,get方法会阻塞住直到任务完成,而使用get(long timeout, TimeUnit unit)方法则会阻塞一段时间后立即返回,这时有可能任务没有执行完。

Future<Object> future = executor.submit(harReturnValuetask);
try {
     Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
    // 处理中断异常
} catch (ExecutionException e) {
    // 处理无法执行任务异常
} finally {
    // 关闭线程池
    executor.shutdown();
}

关闭线程池

调用线程池的shutdown()或shutdownNow()方法来关闭线程池

  1. shutdown原理
    将线程池状态设置成SHUTDOWN状态,然后中断所有没有正在执行任务的线程。

  2. shutdownNow原理
    将线程池的状态设置成STOP状态,然后中断所有任务(包括正在执行的)的线程,并返回等待执行任务的列表。

shutdown()和shutdownNow()中断采用interrupt()关闭线程池,所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。但调用上述的两个关闭之一,isShutdown()方法返回值为true,当所有任务都已关闭,表示线程池关闭完成,则isTerminated()方法返回值为true。当需要立刻中断所有的线程,不一定需要执行完任务,可直接调用shutdownNow()方法。

线程池工作流程

线程池工作流程
  1. 首先线程池判断基本线程池是否已满?没满,创建一个工作线程来执行任务。满了,则进入下个流程。

  2. 其次线程池判断工作队列是否已满?没满,则将新提交的任务存储在工作队列里。满了,则进入下个流程。

  3. 最后线程池判断整个线程池是否已满?没满,则创建一个新的工作线程来执行任务,满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

合理的配置线程池

如果所有任务都是计算密集型的,则创建处理器可用核心数那么多的线程数就可以了。
在这种情况下,创建更多的线程对程序的性能而言反而是不利的。因为当有多个任务处于就绪状态时,处理器核心需要在线程间频

繁进行上下文切换,而这种切换对程序性能损耗较大。
如果任务都是IO密集型的,那么我们需要开更多的线程来提高性能。

当一个任务执行IO操作时,其线程被阻塞,于是处理器可以立即进行上下文切换以便处理其他就绪线程。如果我们只有处理器可用核心数那么多线程的话,则即使有待执行的任务也无法处理,因为我们已经拿不出更多的线程供处理器调度了。
需要针对具体情况而具体处理,不同的任务类别应采用不同规模的线程池,任务类别可划分为CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务。

线程池的监控

通过线程池提供的参数进行监控。线程池里有一些属性在监控线程池的时候可以使用

taskCount:线程池需要执行的任务数量。
completedTaskCount:线程池在运行过程中已完成的任务数量。小于或等于taskCount。
largestPoolSize:线程池曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否满过。如等于线程池的最大大小,则表示线程池曾经满了。
getPoolSize:线程池的线程数量。
getActiveCount:获取活动的线程数。
通过扩展线程池进行监控。通过继承线程池并重写线程池的beforeExecute,afterExecute和terminated方法,我们可以在任务执行前,执行后和线程池关闭前干一些事情。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。

关于getPoolSize的疑问?网上总是说如果线程池不销毁的话,池里的线程不会自动销毁,所以这个大小只增不减。但是我看了源码认为这个说法是有问题的,线程池中的线程会被回收的,如果线程被回收了getPoolSize当然会减少。

问题

  1. 线程池如何实现线程复用
  2. 线程池中线程如何销毁

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