第9章| Java中的线程池

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合理使用线程池带来的3个好处：

  • 降低资源消耗，重复利用已创建的线程降低线程创建/销毁时造成的消耗；
  • 提高响应速度，任务到达时不需等待线程创建即可执行；
  • 提高线程的可管理性，无限制地创建线程会造成系统资源的消耗，降低系统的稳定性，使用线程池可以统一分配、调优、监控。

线程池的实现原理

线程池的主要处理流程图

TreadPoolExecutor执行示意图

ThreadPoolExecutor执行execute方法分以下4种情况：

  1. 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）；
  2. 如果运行的等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue；
  3. 如果无法将任务加入BlockingQueue中（队列已满），则创建新的线程执行任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）；
  4. 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。

ThreadPoolExecutor的这种设计思路，是为了避免在执行execute()方法时获取全局锁（这是一个严重的可伸缩瓶颈），在当前运行的线程数大于或等于corePoolSize后，几乎所有的execute()方法调用都是不需要获取全局锁的。

工作线程： 线程池创建线程时，会将线程封装为工作线程Worker，Worker在执行完任务后，会循环获取工作队列中的任务并执行

ThreadPoolExecutor执行任务示意图

线程池的使用

线程池的创建

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创建线程池
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maxiumPoolSize, keepAliveTime, milliseconds, runnableTaskQueue, handler);

参数说明：

  1. corePoolSize(线程池的基本大小)：当提交一个任务到线程池中时，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等于线程池基本大小时就不再创建。另外如果调用了prestartAllCoreThreads()方法，线程池就会提前创建并启动所有基本线程；

  2. runnableTaskQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务阻塞队列；

  3. maximumPoolSize（线程池最大数量）：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数量，则继续创建新线程执行任务。

  4. ThreadFactory：用于设置创建线程的工厂，可以创建出自定义线程名的线程；

  5. RejectedExecutionHandler（饱和策略）：当队列和线程池都满了，说明线程池已经饱和了，那么这里指定提交新任务后的执行策略。一般由以下四种：

    • 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，直接丢弃。

    也可以根据引用场景来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略

向线程池提交任务

两个方法可以提交任务，execute()或submit()方法

  1. execute()方法没有返回值，无法判断是否被线程池执行成功，输入为Runnable类的实例。
  2. submit()方法可以返回future类型的值，以此得知是否被执行成功。其中可用get()方法获取返回值，get(long timeout, TimeUnit unit)方法会阻塞当前线程一段时间后立即返回，可能导致任务没被执行完。

关闭线程池

两个方法可以关闭，shutdown()或shutdownNow()。

原理：便利线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt()方法中断线程，所以无法响应中断的任务将无法终止。

shutdown()和shutdownNow()区别：
① shutdownNow()首先将线程池的状态设为STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务线程，并返回等待执行任务的列表。
② shutdown()只将线程池设为SHUTDOWNING状态，然后中断没有正在执行的任务

合理配置线程池

合理配置角度

  1. 任务性质：CPU密集型任务、IO密集型任务和混合任务；（按照线程池规模划分，CPU密集型：Ncpu+1个线程，IO密集型：2Ncpu，混合型，如果拆分为CPU密集和IO密集的两个任务执行时间相差不大，就可以拆分。*）
  2. 任务优先级：高、中和低；（使用优先级队列PriorityBlockingQueue处理，其可以让优先级高的任务先执行）
  3. 任务的执行时间：长、中和短；（交给不同规模的线程池处理，或使用优先级队列，让执行时间短的任务先执行）
  4. 任务的依赖性：是否依赖其他系统资源。（比如依赖数据库连接的任务，等待时间越长，CPU空闲时间越长，所以应当设置更大的线程数，充分利用CPU资源）

建议使用有界队列：有界队列能增加系统的稳定性和预警能力，可以根据需要设置大一些，如几千。如果某部分出了问题，使用无届队列会导致被阻塞的线程无限量增大。

线程池的监控

监控线程池的属性：

  1. taskCount: 线程池需要执行的任务数量；
  2. completedTaskCount: 线程池在运行过程中已经完成的任务数量，小于或等于taskCount；
  3. largestPoolSize: 线程池里曾经创建过的最大线程数量。通过该属性能知道线程池是否满过，如果该值等于线程池最大线程数，表明曾经满过。
  4. getPoolSize: 线程池的线程数量。如果线程池不销毁，线程池里的线程不会自动销毁，所以该值只增不减；
  5. getActiveCount: 获取活动的线程数

通过扩展线程池进行监控。可以通过继承线程池来自定义线程池，重写线程池的beforeExecute、afterExecute和terminated方法，也可以在执行任务前、执行后和线程池关闭前执行一些代码来进行监控

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