1 线程池
1.1 为何使用线程池
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提问:为何要使用线程池?
答:- 系统启动一个新线程的成本比较高,利用线程池可以很好地提高性能;
- 使用线程池可以有效地控制系统中并发线程的数量,避免因大量的并发线程的存在而导致系统性能下降甚至JVM崩溃。
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线程池工作原理?
答: 线程池在系统启动时就会创建大量空闲的线程,程序将一个Runnable对象或Callable对象传给线程池,线程池就会启动一个线程来执行它们的run()或call()方法,当run()或call()方法执行结束后,该线程并不会死亡,而是再次返回线程池中成为空闲状态,等待下一个Runnable对象或Callable对象的run()或call()方法。
1.2 创建线程池的方法
Java中有个Executors工厂类包含如下7个静态工厂方法可以创建线程池,可以分为三大类:
- 下面3个方法返回一个ExecutorService对象,即线程池,可以执行Runnable对象或Callable对象所代表的线程
- newCachedThreadPool():创建一个具有缓存功能的线程池,系统根据需要创建线程,这些线程将会被缓存在线程池中;
- newFixedThreadPool(int nThreads):创建一个可重用的、具有固定线程数的线程池;
- newSingleThreadExecutor():创建一个只有单线程的线程池,它相当于调用newFixedThreadPool()方法时传入参数为1;
- 下面2个方法返回一个ScheduledExecutorService对象,它是ExecutorService的子类
- newScheduledThreadPool(int corePoolSize):创建具有指定线程数的线程池,它可以在指定延迟后执行线程任务。corePoolSize指池中所保存的线程数,即使线程是空闲的也被保存在线程池内;
- newSingleThreadScheduledExecutor():创建只有一个线程数的线程池,它可以在指定延迟后执行线程任务。
- 下面2个方法返回一个ExecutorService对象,是Java 8新增的方法,这两个方法可以充分利用多CPU并行的能力,并且生成的线程池相当于后台线程池,当前台线程都死亡了,该线程池中的线程会自动死亡
- newWorkStealingPool(int parallelism):创建持有足够的线程的线程池来支持给定的并行级别,该方法还会使用多个队列来减少竞争;
- newWorkStealingPool():上面方法的简化版本,根据当前机器的CPU个数设定并行级别,例如有4个CPU,则会传入4作为参数。
1.3 线程池分类及具体使用
- ExecutorService:代表尽快执行线程的线程池,即只要线程池中有空闲线程,就立即执行线程任务。
- ScheduledExecutorService:代表可在指定延迟后或周期性地执行线程任务的线程池
使用线程池来执行线程任务的步骤:
- 调用Executors类的静态工厂方法创建一个ExecutorService(或其子类)对象——线程池;
- 创建Runnable实现类或Callable实现类的实例,作为线程执行任务;
- 调用ExecutorService对象的submit()方法类提交Runnable或Callable实现类的实例;
- 若无任何任务要提交时,调用ExecutorService对象的shutdown()方法来关闭线程池。
另外,还可以调用线程池的shutdownNow()方法来关闭线程池,该方法试图停止所有正在执行的活动任务,暂停处理正在等待的任务,并返回等待执行的任务列表。
2 ForkJoinPool
为了充分利用多CPU、多核CPU的优势,可以考虑把一个任务拆分成多个“小任务”并行计算,把多个小任务放到多个处理器核心上并行执行,当多个“小任务”执行完毕后,再将这些执行结果合并起来即可。
Java 7提供了ForkJoinPool来支持上述功能。ForkJoinPool是ExecutorService的实现类,因此是一种特殊的线程池,并且其提供了两个常用的构造器:
- ForkJoinPool(int parallelism):创建一个包含parallelism个并行线程的ForkJoinPool;
- ForkJoinPool():简化版,以Runtime.availableProcessors()方法的返回值作为parallelism参数来创建ForkJoinPool。
创建了ForkJoinPool实例之后,就可以调用其submit(ForkJoinTask task)或invoke(ForkJoinTask task)方法来执行指定的任务了。其中ForkJoinTask是一个可以并行、合并的任务,它是一个抽现类,它有两个抽象子类:RecursiveAction(无返回值任务)和RecursiveTask(有返回值任务)。下面我们要借助RecursiveAction来实现任务拆分的效果。
- 创建一个任务继承RecursiveAction以实现“可分解”任务,并实现其compute方法。
public class PrintTask extends RecursiveAction {
//每个小任务最多只打印50个数,定义一个要分解任务的门槛
private static final int THRESHOLD = 50;
private int start;
private int end;
//打印从start至end的任务
public PrintTask(int start, int end) {
this.start = start;
this.end = end;
}
@Override
protected void compute() {
//小于该门槛则开始打印,不再进行任务分解
if (end - start < THRESHOLD) {
for (int i = start; i < end; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "的i值:" + i);
}
} else {//否则分解为2个小任务
int middle = (start + end) / 2;
PrintTask left = new PrintTask(start, middle);
PrintTask right = new PrintTask(middle, end);
//执行任务
left.fork();
right.fork();
}
}
}
- 创建一个测试类ForkJoinPoolTest,具体步骤见注释
public class ForkJoinPoolTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
//1、创建ForkJoinPool对象
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
//2、提交分解的PrintTask任务
pool.submit(new PrintTask(0, 300));
pool.awaitTermination(2, TimeUnit.SECONDS);
//3、关闭线程池
pool.shutdown();
}
}
- 运行程序后结果如下:ForkJoinPool开启了4个线程来执行这个打印任务——代表我的电脑是4核的CPU。并且打印结果并不连续,这时因为分解后的任务会并行执行。
3 ThreadLocal
ThreadLocal即Thread Local Variable——线程局部变量的意思,通过将一个变量放入ThreadLocal当中,然后它为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本,使每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会和其他线程的副本发生冲突。该类提供了3个public方法:
- T get():返回此线程局部变量中当前线程的副本中的值;
- void remove():删除此线程局部变量中当前线程的值;
- void set(T value):设置此线程局部变量中当前下城的副本中的值。
ThreadLocal并不能替代同步机制,,两者面向的问题领域不同。同步机制是为了同步多个线程对同一个资源的并发访问,是多个线程之间进行通信的有效方式;而ThreadLocal类是为了隔离多个线程的数据共享,从根本上避免多个线程之间对共享资源的竞争,从而就不需要对多个线程进行同步了。
建议:若多个线程之间需要共享资源以达到线程之间的通信功能,那就使用同步机制;若仅需隔离多个线程之间的共享冲突,则可以使用ThreadLocall。
4 包装线程不安全的集合
我们平常所用的ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap都是线程不安全的,可以通过Collections提供的类方法把这些集合包装成线程安全的集合,如下几个静态方法:
- static Collection synchronizedCollection(Collection c)
- static List synchronizedList(List list)
- static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m)
- static Set synchronizedSet(Set s)
- static <K,V> SortedMap<K,V> synchronizedSortedMap(SortedMap<K,V> m)
- static SortedSet synchronizedSortedSet(SortedSet s)
说明:以上静态方法均返回指定的对象对应的线程安全的对象,并且应该在创建集合之后立即包装。
Map<String, Integer> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());