JAVA线程池的实现

  • JAVA中的线程池实现
  • Java Executors
  • newCachedThreadPool
  • newFixedThreadPool
  • newSingleThreadExecutor
  • newScheduledThreadPool
  • ThreadPoolExecutor


JAVA中的线程池实现

在JDK1.5之后,JAVA增加了线程池的实现.这里简要描述一下相关的两个类Executors以及ThreadPoolExecutor,注意: 该部分内容是结合了互联网上的相关知识.

Java Executors

Java里面线程池的顶级接口是Executors，但是严格意义上讲Executors并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

比较重要的几个类：

类名

描述

ExecutorService

真正的线程池接口

ScheduledExecutorService

能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题

ThreadPoolExecutor

ExecutorService的默认实现

ScheduledThreadPoolExecutor

继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现

要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。

这四种线程池，分别为：

newCachedThreadPool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。

newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。

newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

示例代码如下:

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 注意当前创建根据不同的需要,我们后面针对不同的线程池实现做修改
        ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
        // 创建线程
        Thread t1 = new MyThread();
        Thread t2 = new MyThread();
        Thread t3 = new MyThread();
        Thread t4 = new MyThread();
        Thread t5 = new MyThread();
        // 将线程放入池中进行执行
        pool.execute(t1);
        pool.execute(t2);
        pool.execute(t3);
        pool.execute(t4);
        pool.execute(t5);
        // 关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
}

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "     正在执行。。。");
    }
}
newCachedThreadPool

执行结果如下

pool-1-thread-1     正在执行。。。
pool-1-thread-2     正在执行。。。
pool-1-thread-2     正在执行。。。
pool-1-thread-3     正在执行。。。
pool-1-thread-1     正在执行。。。

Process finished with exit code 0
newFixedThreadPool
  1. 修改对应代码
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);

此时对应的结果如下

pool-1-thread-2     正在执行。。。
pool-1-thread-1     正在执行。。。
pool-1-thread-3     正在执行。。。
pool-1-thread-4     正在执行。。。
pool-1-thread-5     正在执行。。。

Process finished with exit code 0
  1. 修改对应代码
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

此时执行的结果如下

pool-1-thread-1     正在执行。。。
pool-1-thread-2     正在执行。。。
pool-1-thread-1     正在执行。。。
pool-1-thread-1     正在执行。。。
pool-1-thread-2     正在执行。。。

Process finished with exit code 0
newSingleThreadExecutor

修改代码为

ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();

执行结果

pool-1-thread-1     正在执行。。。
pool-1-thread-1     正在执行。。。
pool-1-thread-1     正在执行。。。
pool-1-thread-1     正在执行。。。
pool-1-thread-1     正在执行。。。

Process finished with exit code 0
newScheduledThreadPool

修改代码为

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
        ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(2);
        // 创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口
        Thread t1 = new MyThread();
        Thread t2 = new MyThread();
        Thread t3 = new MyThread();
        // 将线程放入池中进行执行
        pool.execute(t1);
        // 使用延迟执行风格的方法
        pool.schedule(t2, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        pool.schedule(t3, 10, TimeUnit.MILLISECONDS);

        // 关闭线程池
        pool.shutdown();
    }
}

class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "     正在执行。。。");
    }
}

执行结果

pool-1-thread-1     正在执行。。。
pool-1-thread-2     正在执行。。。
pool-1-thread-1     正在执行。。。

Process finished with exit code 0

无论以上创建那种线程池 必须要调用ThreadPoolExecutor,以下附上对应的静态方法实现代码

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
	return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
	return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                  threadFactory);
}

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
         new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

// 该类随未直接new ThreadPoolExecutor类,但ScheduledThreadPoolExecutor是ThreadPoolExecutor的子类,new ScheduledThreadPoolExecutor实际上调用的即为ThreadPoolExecutor的构造器
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

但阿里的JAVA开发手册不建议直接使用Executors的四种静态方法

线程池不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。
说明：Executors各个方法的弊端：
1）newFixedThreadPool和newSingleThreadExecutor:
  主要问题是堆积的请求处理队列可能会耗费非常大的内存，甚至OOM。
2）newCachedThreadPool和newScheduledThreadPool:
  主要问题是线程数最大数是Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程，甚至OOM。

那么我们来看一下ThreadPoolExecutor的实现

ThreadPoolExecutor

java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，常用构造方法为：

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, 
long keepAliveTime, TimeUnit unit, 
BlockingQueue workQueue, 
RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize： 线程池维护线程的最少数量

maximumPoolSize：线程池维护线程的最大数量

keepAliveTime： 线程池维护线程所允许的空闲时间

unit： 线程池维护线程所允许的空闲时间的单位

workQueue： 线程池所使用的缓冲队列

handler： 线程池对拒绝任务的处理策略

一个任务通过 execute(Runnable)方法被添加到线程池，任务就是一个 Runnable类型的对象，任务的执行方法就是 Runnable类型对象的run()方法。

当一个任务通过execute(Runnable)方法欲添加到线程池时：

如果此时线程池中的数量小于corePoolSize，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要创建新的线程来处理被添加的任务。
如果此时线程池中的数量等于 corePoolSize，但是缓冲队列 workQueue未满，那么任务被放入缓冲队列。
如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量小于maximumPoolSize，建新的线程来处理被添加的任务。
如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量等于maximumPoolSize，那么通过 handler所指定的策略来处理此任务。

也就是：处理任务的优先级为：
核心线程corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize，如果三者都满了，使用handler处理被拒绝的任务。

当线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止。这样，线程池可以动态的调整池中的线程数。

unit可选的参数为java.util.concurrent.TimeUnit中的几个静态属性：
NANOSECONDS、MICROSECONDS、MILLISECONDS、SECONDS。

workQueue常用的是：java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue
Java并发包中的阻塞队列一共7个，当然他们都是线程安全的。

名称

描述

ArrayBlockingQueue

一个由数组结构组成的有界阻塞队列

LinkedBlockingQueue

一个由链表结构组成的有界阻塞队列

PriorityBlockingQueue

一个支持优先级排序的无界阻塞队列

DealyQueue

一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列

SynchronousQueue

一个不存储元素的阻塞队列

LinkedTransferQueue

一个由链表结构组成的无界阻塞队列

LinkedBlockingDeque

一个由链表结构组成的双向阻塞队列

handler有四个选择：

名称

描述

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()

丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。 (默认)

ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()

重试添加当前的任务，他会自动重复调用execute()方法

ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()

抛弃旧的任务,重新尝试执行

ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()

丢弃当前任务，但是不抛出异常。