线程池
Java中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, 合理使用线程池能够带来三个好处 :
- 1.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
- 2.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
- 3.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.线程池的实现原理
当向线程池提交一个任务之后, 线程池处理任务的流程如下 :
- 1.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,则进入下一个流程
- 2.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, 则进入下一个流程
- 3.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
ThreadPoolExecuter执行execute方法分为下面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(执行这一步骤需要获取全局锁)
- 2.如果运行的线程等于或多于corePoolSize, 则将任务加入BlockingQueue
- 3.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(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采取上述步骤的总体设计思路, 是为了在执行execute()方法时, 尽可能地避免获取全局锁. 在ThreadPoolExecutor完成预热之后(当前运行的线程数大于等于corePoolSize), 几乎所有的execute()方法调用都是执行步骤2, 而步骤2不需要获取全局锁
工作线程 : 线程池创建线程时, 会将线程封装成工作线程Worker, Worker在执行完任务后, 还会循环获取工作队列里的任务来执行.
2.线程池的使用
1>线程池的创建
我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPool, keepAliveTime, milliseconds, runnableTaskQueue, handler)
创建一个线程池时需要输入几个参数
- 1.corePoolSize(核心线程池大小) : 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核心线程池大小时就不再创建. 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.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.
- ArrayBlokingQueue : 是一个基于数组结构有界阻塞队列, 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阻塞队列, 此队列按FIFO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, 否则插入操作会一直处于阻塞状态, 吞吐量要高于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线阻塞队列
- 3.maximumPoolSize(线程池的最大数量) : 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线程数, 则线程池会再创建新的线程执行任务.
- 4.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
- 5.RejectedExecutionHandler(饱和策略) : 当队列和线程池都满了, 说明线程处于饱和状态, 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. jdk1.5中Java线程池框架提供了以下4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处处不能处理的任务
- 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.
- TimeUnit(线程活动保持时间的单位)
2>向线程池提交任务
可以使用两个方法向线程池提交任务, 分别为execute() 和 submit() 方法
execute()方法用于提交不需要返回值的任务, 所以无法判断任务是否被线程池执行成功. execute()方法输入的是一个Runnable类的实例
submit()方法用于提交需要返回值的任务. 线程池会返回一个future类型的对象, 通过这个future对象可以判断任务是否成功执行, 并且可以通过future的get()方法获取返回值, get()方法会阻塞当前线程直到任务完成
3>关闭线程池
可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池, 他们的原理是遍历线程池中的工作线程, 然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程, 所以无法响应中断的任务可能永远无法终止,
只要调用了两个关闭方法中的任意一个, isShutdown方法就会返回true. 当所有的任务都已关闭后, 才表示线程池关闭成功, 这时调用isTerminaed方法返回true. 至于应该调用哪一种方法来关闭线程池, 应该由提交到线程池的任务特性决定, 通常调用shutdown方法来关闭线程池, 如果任务不一定要执行完, 则可以调用shutdownNow方法
4>合理配置线程池
性质不同任务可以通过不同规模的线程池分开处理.
CPU密集型 : 应配置尽可能小的线程, 如配置Ncpu+1个线程的线程池.
IO密集型 : 因为并不是一直在执行任务, 则应配置尽可能多的线程, 如2*Ncpu
优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理, 它可以让优先级高的任务执行
执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理, 或者可以使用优先级队列, 让执行时间短的任务先执行
依赖数据库连接池的任务, 因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果, 等待的时间越长, 则CPU空闲时间就越长, 那么线程数应该设置更大, 这样才能更好地利用CPU
5>线程池中的监控
如果在系统中大量使用线程池, 则有必要对线程池进行监控, 方便在出问题时, 可以根据线程池的使用情况快速定位问题. 可以通过线程池提供的参数进行监控, 在监控线程池的时候可以使用以下属性
- 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 : 线程池里曾经创建的最大线程数量]
- getPoolSize : 线程池的线程数量
- getActiveCount : 获取活动的线程数