JUC基础-10-ThreadPool线程池
本文最后更新于 2023-09-19，文章内容可能已经过时。
10 ThreadPool 线程池
10.1 线程池简介
线程池（英语：thread pool）：一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。
例子： 10 年前单核 CPU 电脑，假的多线程，像马戏团小丑玩多个球，CPU 需要来回切换。 现在是多核电脑，多个线程各自跑在独立的 CPU 上，不用切换效率高。
线程池的优势： 线程池做的工作只要是控制运行的线程数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。
它的主要特点为：
-
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销耗。
-
提高响应速度: 当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。
-
提高线程的可管理性: 线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会销耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
-
Java 中的线程池是通过 Executor 框架实现的，该框架中用到了 Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor 这几个类
10.2 线程池参数说明
本次介绍 5 种类型的线程池
源码本质都是调用 ThreadPollExecutor 的构造方法去创建，阿里巴巴开发规范也建议使用这个方法创建而不是 Executors
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
-----------------------------------------------------------------------------
}
10.2.1 常用参数(重点)
-
int corePoolSize线程池的核心线程数 -
int maximumPoolSize能容纳的最大线程数 -
long keepAliveTime空闲线程存活时间 -
TimeUnit unit存活的时间单位 -
BlockingQueue <Runnable> workQueue存放提交但未执行任务的队列 -
ThreadFactory threadFactory创建线程的工厂类 -
RejectedExecutionHandler handler等待队列满后的拒绝策略
线程池中，有三个重要的参数，决定影响了拒绝策略：corePoolSize - 核心线程数，也即最小的线程数。workQueue - 阻塞队列 。
maximumPoolSize -最大线程数
当提交任务数大于 corePoolSize 的时候，会优先将任务放到 workQueue 阻塞队列中。当阻塞队列饱和后，会扩充线程池中线程数，直到达到maximumPoolSize 最大线程数配置。此时，再多余的任务，则会触发线程池
的拒绝策略了。
总结起来，也就是一句话
当提交的任务数大于（ workQueue.size() + maximumPoolSize ），就会触发线程池的拒绝策略。
10.2.2 拒绝策略(重点)
CallerRunsPolicy: 当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话，则使用调用线程直接运行任务。一般并发比较小，性能要求不高，不允许失败。但是，由于调用者自己运行任务，如果任务提交速度过快，可能导致程序阻塞，性能效率上必然的损失较大
AbortPolicy: 丢弃任务，并抛出拒绝执行 RejectedExecutionException 异常信息。线程池默认的拒绝策略。必须处理好抛出的异常，否则会打断当前的执行流程，影响后续的任务执行。
DiscardPolicy: 直接丢弃，其他啥都没有
DiscardOldestPolicy: 当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话，丢弃阻塞队列 workQueue 中最老的一个任务，并将新任务加入
10.3 线程池的种类与创建
讲下简单案例：Single 效率太低 pass，用 cache 大量线程同时生成，池子处理速度赶不上线程生成速度导致池子越来越大 pass，最后用的fixed（结合了cpu核心+单次处理数据限制）
10.3.1 newCachedThreadPool(常用)【可扩容 根据需求创建】
作用：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.
特点:
-
线程池中数量没有固定，可达到最大值（Interger. MAX_VALUE）
-
线程池中的线程可进行缓存重复利用和回收（回收默认时间为 1 分钟）
-
当线程池中，没有可用线程，会重新创建一个线程
创建方式：
public class ThreadPoolDemo1 {
public static void main(String[] args) {
// 创建 可自动扩容线程池
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
// 模拟十个请求完成任务
try {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
cachedThreadPool.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: is working...");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: have finished working...");
});
}
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
cachedThreadPool.shutdown();
}
}
}
创建了10个线程完成这十个任务
pool-2-thread-1 :: is working...
pool-2-thread-4 :: is working...
pool-2-thread-6 :: is working...
pool-2-thread-5 :: is working...
pool-2-thread-3 :: is working...
pool-2-thread-7 :: is working...
pool-2-thread-2 :: is working...
pool-2-thread-8 :: is working...
pool-2-thread-9 :: is working...
pool-2-thread-10 :: is working...
pool-2-thread-9 :: have finished working...
pool-2-thread-3 :: have finished working...
pool-2-thread-5 :: have finished working...
pool-2-thread-2 :: have finished working...
pool-2-thread-6 :: have finished working...
pool-2-thread-7 :: have finished working...
pool-2-thread-8 :: have finished working...
pool-2-thread-1 :: have finished working...
pool-2-thread-10 :: have finished working...
pool-2-thread-4 :: have finished working...
场景: 适用于创建一个可无限扩大的线程池，服务器负载压力较轻，执行时间较短，任务多的场景
10.3.2 newFixedThreadPool(常用)【一池N线程】
作用：创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。在任意点，在大多数线程会处于处理任务的活动状态。如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务（如果需要）。在某个线程被显式地关闭之前，池中的线程将一直存在。
特征：
-
线程池中的线程处于一定的量，可以很好的控制线程的并发量
-
线程可以重复被使用，在显示关闭之前，都将一直存在
-
超出一定量的线程被提交时候需在队列中等待
创建方式：
public class ThreadPoolDemo1 {
public static void main(String[] args) {
// 创建 一池五线程的线程池
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
// 模拟十个请求完成任务
try {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
fixedThreadPool.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: is working...");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: have finished working...");
});
}
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
fixedThreadPool.shutdown();
}
}
}
pool-1-thread-2 :: is working...
pool-1-thread-5 :: is working...
pool-1-thread-1 :: is working...
pool-1-thread-3 :: is working...
pool-1-thread-4 :: is working...
pool-1-thread-4 :: have finished working...
pool-1-thread-1 :: have finished working...
pool-1-thread-3 :: have finished working...
pool-1-thread-2 :: have finished working...
pool-1-thread-5 :: have finished working...
pool-1-thread-5 :: is working...
pool-1-thread-2 :: is working...
pool-1-thread-4 :: is working...
pool-1-thread-1 :: is working...
pool-1-thread-3 :: is working...
pool-1-thread-3 :: have finished working...
pool-1-thread-1 :: have finished working...
pool-1-thread-4 :: have finished working...
pool-1-thread-2 :: have finished working...
pool-1-thread-5 :: have finished working...
场景: 适用于可以预测线程数量的业务中，或者服务器负载较重，对线程数有严格限制的场景
10.3.3 newSingleThreadExecutor(常用)【一池单线程】
作用：创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。（注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程，那么如果需要，一个新线程将代替它执行后续的任务）。可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。与其他等效的newFixedThreadPool 不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即可使用其他的线程。
特征： 线程池中最多执行 1 个线程，之后提交的线程活动将会排在队列中以此执行
创建方式：
public class ThreadPoolDemo1 {
public static void main(String[] args) {
// 创建 单池单线程线程池
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
// 模拟十个请求完成任务
try {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
singleThreadExecutor.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: is working...");
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " :: have finished working...");
});
}
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
} finally {
singleThreadExecutor.shutdown();
}
}
}
场景: 适用于需要保证顺序执行各个任务，并且在任意时间点，不会同时有多个线程的场景
10.3.4 newScheduleThreadPool(了解)
作用: 线程池支持定时以及周期性执行任务，创建一个 corePoolSize 为传入参数，最大线程数为整形的最大数的线程池
特征:
（1）线程池中具有指定数量的线程，即便是空线程也将保留
（2）可定时或者延迟执行线程活动
场景: 适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景
10.3.5 newWorkStealingPool
jdk1.8 提供的线程池，底层使用的是 ForkJoinPool 实现，创建一个拥有多个任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可用 cpu 核数的线程来并行执行任务
场景: 适用于大耗时，可并行执行的场景
10.4 线程池入门案例
场景: 火车站 3 个售票口, 10 个用户买票
10.5 线程池底层工作原理(重要)
-
在创建了线程池后，线程池中的线程数为零
-
当调用
execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断：2.1 如果正在运行的线程数量小于
corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；2.2 如果正在运行的线程数量大于或等于
corePoolSize，那么将这个任务放入队列；2.3 如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于
maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；2.4 如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于
maximumPoolSize，那么线程池会启动饱和拒绝策略来执行。 -
当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行
-
当一个线程无事可做超过一定的时间（
keepAliveTime）时，线程会判断：
4.1. 如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。
4.2. 所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。
10.6 注意事项(重要)
-
项目中创建多线程时，使用常见的三种线程池创建方式，单一、可变、定长都有一定问题，原因是
FixedThreadPool和SingleThreadExecutor底层都是用LinkedBlockingQueue实现的，这个队列最大长度为Integer.MAX_VALUE，容易导致OOM。所以实际生产一般自己通过ThreadPoolExecutor的 7 个参数，自定义线程池 -
创建线程池推荐适用
ThreadPoolExecutor及其 7 个参数手动创建
-
int corePoolSize线程池的核心线程数 -
int maximumPoolSize能容纳的最大线程数 -
long keepAliveTime空闲线程存活时间 -
TimeUnit unit存活的时间单位 -
BlockingQueue <Runnable> workQueue存放提交但未执行任务的队列 -
ThreadFactory threadFactory创建线程的工厂类 -
RejectedExecutionHandler handler等待队列满后的拒绝策略
- 为什么不允许 Executors.的方式手动创建线程池,如下图
10.7 自定义线程池
public static void main(String[] args) {
ThreadPoolExecutor myThreadPool = new ThreadPoolExecutor(
2,
5,
2L,
TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(3),
Executors.defaultThreadFactory(),
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
);
}
