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3个好处。
第一: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。
第二: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。
第三: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。
1.线程池实现原理
1.1线程池处理流程
首先,我们需要了解当提交一个任务给线程池之后,线程池的处理流程:
- 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进入下个流程。
- 线程池判断工作队列是否已经满。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。
- 线程池判断线程池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。
以ThreadPoolExecutor执行execute()方法的设计思路为例:
依据图片ThreadPoolExecutor执行execute()方法有四种情况:
- 如果当前运行的线程少于corePoolSize,则创建新线程来执行任务(注意,执行这一步骤 需要获取全局锁)。
- 如果运行的线程等于或多于corePoolSize,则将任务加入BlockingQueue。
- 如果无法将任务加入BlockingQueue(队列已满),则创建新的线程来处理任务(注意,执 行这一步骤需要获取全局锁)。
- 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize,任务将被拒绝,并调用 RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。
源码分析:
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
/*
* Proceed in 3 steps:
*
* 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
* start a new thread with the given command as its first
* task. The call to addWorker atomically checks runState and
* workerCount, and so prevents false alarms that would add
* threads when it shouldn't, by returning false.
*
* 2. If a task can be successfully queued, then we still need
* to double-check whether we should have added a thread
* (because existing ones died since last checking) or that
* the pool shut down since entry into this method. So we
* recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
* stopped, or start a new thread if there are none.
*
* 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
* thread. If it fails, we know we are shut down or saturated
* and so reject the task.
*/
int c = ctl.get();
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
2. 线程池的使用
2.1 创建线程池
Java中线程池用ThreadPoolExecutor来创建。
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
其中的参数为:
- int corePoolSize:必需参数,规定了线程池的基本大小,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。
- int maximumPoolSize:必需参数,线程池中允许创建线程的最大数量,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。
- long keepAliveTime:必需参数,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。所以,如果任务很多,并且每个任务执行的时间比较短,可以调大时间,提高线程的利用率。
- TimeUnit unit:必需参数,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)和纳秒 (NANOSECONDS,千分之一微秒)。
- BlockingQueue<Runnable> workQueue:必需参数,任务队列,用于保存等待执行的任务的阻塞队列,阻塞队列可以参考https://my.oschina.net/u/3352298/blog/1807780
- ThreadFactory threadFactory:非必须参数,不设置此参数会采用内置默认参数。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。
- RejectedExecutionHandler handler:非必须参数,不设置此参数会采用内置默认参数,设置饱和策略,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。共有4中策略,包括AbortPolicy(直接抛出异常)。CallerRunsPolicy(只用调用者所在线程来运行任务)。DiscardOldestPolicy(丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务)。DiscardPolicy(不处理,丢弃掉)。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 日志或持久化存储不能处理的任务。