java 主线程和线程池的关系 java线程池区别

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时光机3号 2024-07-01 09:18:42

文章标签 java 主线程和线程池的关系多线程并发编程线程池 System 文章分类 Java 后端开发

1.线程池的作用

1、线程的复用：线程的创建和销毁对系统来说是巨大的开销，而用线程池管理线程能大大减少了这种不必要的开销。
2、控制线程的并发数：控制线程池中线程的并发数，可以防止大量线程争夺CPU资源而造成的堵塞。
3、可以根据不同场景设计不适用不同的线程池，灵活多变的提高程序效率。

2.常用的集中线程池

2.1 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。

这种类型的线程池特点是：

工作线程的创建数量几乎没有限制(其实也有限制的,数目为Interger. MAX_VALUE), 这样可灵活的往线程池中添加线程。
如果长时间没有往线程池中提交任务，即如果工作线程空闲了指定的时间(默认为1分钟)，则该工作线程将自动终止。终止后，如果你又提交了新的任务，则线程池重新创建一个工作线程。
在使用CachedThreadPool时，一定要注意控制任务的数量，否则，由于大量线程同时运行，很有会造成系统瘫痪。
示例代码如下：

//对数量没有要求，但是实际运用中如果出现大量请求，有可能会导致程序瘫痪
 ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
  for (int i = 0; i < 100; i++) {
       final int index = i;
       service.submit(()->System.out.println("newCachedThreadPool"+index));
  }
service.shutdown();

2.2 newFixedThreadPool

创建一个指定工作线程数量的线程池。每当提交一个任务就创建一个工作线程，如果工作线程数量达到线程池初始的最大数，则将提交的任务存入到池队列中。

FixedThreadPool是一个典型且优秀的线程池，它具有线程池提高程序效率和节省创建线程时所耗的开销的优点。但是，在线程池空闲时，即线程池中没有可运行任务时，它不会释放工作线程，还会占用一定的系统资源。

示例代码如下：

long start = System.currentTimeMillis();
//可以指定线程池的大小，根据请求数量灵活控制
ExecutorService service1 = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i;
    service1.submit(()->{
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("newFixedThreadPool:"+index+Thread.currentThread().getName()+"耗时："+(System.currentTimeMillis()-start)+"ms");
    });
}
service1.shutdown();

newFixedThreadPool:1pool-1-thread-2耗时：2060ms
newFixedThreadPool:0pool-1-thread-1耗时：2060ms
newFixedThreadPool:2pool-1-thread-3耗时：2060ms
newFixedThreadPool:3pool-1-thread-2耗时：4072ms
newFixedThreadPool:5pool-1-thread-1耗时：4072ms
newFixedThreadPool:4pool-1-thread-3耗时：4072ms
newFixedThreadPool:6pool-1-thread-2耗时：6073ms
newFixedThreadPool:7pool-1-thread-1耗时：6073ms
newFixedThreadPool:8pool-1-thread-3耗时：6075ms
newFixedThreadPool:9pool-1-thread-2耗时：8074ms

从结果可以看到，线程池数量三个，跑十个任务，是三个三个轮流执行，直至最后一个。

2.3 newSingleThreadExecutor

创建一个单线程化的Executor，即只创建唯一的工作者线程来执行任务，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。如果这个线程异常结束，会有另一个取代它，保证顺序执行。单工作线程最大的特点是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。

示例代码如下：

long start = System.currentTimeMillis();
//线程池内部只有一个线程，保证程序的顺序执行
ExecutorService service1 = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i;
    service1.submit(()->{
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("newSingleThreadExecutor:"+index+Thread.currentThread().getName()+"耗时："+(System.currentTimeMillis()-start)+"ms");
        if(index==3){
            try {
                Integer a = null;
                System.out.println(a.toString());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
}
service1.shutdown();

newSingleThreadExecutor:0pool-1-thread-1耗时：2055ms
newSingleThreadExecutor:1pool-1-thread-1耗时：4056ms
newSingleThreadExecutor:2pool-1-thread-1耗时：6058ms
newSingleThreadExecutor:3pool-1-thread-1耗时：8058ms
java.lang.NullPointerException
	at com.example.demo1.service.ThreadPoolTest.lambda$main$0(ThreadPoolTest.java:52)
	at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511)
	at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
newSingleThreadExecutor:4pool-1-thread-1耗时：10060ms
newSingleThreadExecutor:5pool-1-thread-1耗时：12061ms
newSingleThreadExecutor:6pool-1-thread-1耗时：14062ms
newSingleThreadExecutor:7pool-1-thread-1耗时：16063ms
newSingleThreadExecutor:8pool-1-thread-1耗时：18064ms
newSingleThreadExecutor:9pool-1-thread-1耗时：20064ms

可以看到，线程池每次只执行一个线程，如果出现异常，会直接跳出并继续执行下一个。

2.4 newScheduleThreadPool

创建一个定长的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务执行，支持定时及周期性任务执行。

延迟2秒执行，延迟执行示例代码如下：

long start = System.currentTimeMillis();
 ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(3);
  //标识延迟两秒执行一次
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
      final int index = i;
      scheduledExecutorService.schedule(()->{
          System.out.println(System.currentTimeMillis()-start+"ms");
          System.out.println("newScheduledThreadPool:"+index+Thread.currentThread().getName()+"耗时："+(System.currentTimeMillis()-start)+"ms");
      },2, TimeUnit.SECONDS);
  }
  scheduledExecutorService.shutdown();

2056ms
2056ms
newScheduledThreadPool:1pool-1-thread-1耗时：2056ms
2056ms
2056ms
newScheduledThreadPool:3pool-1-thread-1耗时：2056ms
newScheduledThreadPool:0pool-1-thread-2耗时：2056ms
2056ms
newScheduledThreadPool:2pool-1-thread-3耗时：2056ms
newScheduledThreadPool:4pool-1-thread-1耗时：2056ms
2056ms
2056ms
newScheduledThreadPool:7pool-1-thread-1耗时：2056ms
2056ms
2056ms
newScheduledThreadPool:8pool-1-thread-1耗时：2057ms
newScheduledThreadPool:5pool-1-thread-2耗时：2056ms
2057ms
newScheduledThreadPool:6pool-1-thread-3耗时：2056ms
newScheduledThreadPool:9pool-1-thread-1耗时：2057ms

线程的提交方式为schedule，可以看到所有线程执行时间均为2s以后。

设置延迟2秒后，每两秒执行一次，如下：

long start = System.currentTimeMillis();
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(3);
  //标识延迟两秒执行一次
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
      final int index = i;
      scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(()->{
          System.out.println(System.currentTimeMillis()-start+"ms");
          System.out.println("newScheduledThreadPool:"+index+Thread.currentThread().getName()+"耗时："+(System.currentTimeMillis()-start)+"ms");
      },2,2, TimeUnit.SECONDS);
  }
        //注意如果设置循环执行的话必须保证线程池不关闭
//        scheduledExecutorService.shutdown();

2057ms
newScheduledThreadPool:0pool-1-thread-1耗时：2057ms
2057ms
newScheduledThreadPool:1pool-1-thread-1耗时：2057ms
2057ms
newScheduledThreadPool:2pool-1-thread-1耗时：2057ms
4059ms
newScheduledThreadPool:1pool-1-thread-3耗时：4059ms
4059ms
newScheduledThreadPool:2pool-1-thread-3耗时：4059ms
4059ms
newScheduledThreadPool:0pool-1-thread-2耗时：4059ms

线程的提交方式为scheduleAtFixedRate，可以看到所有线程执行时间均为2s以后并循环执行，注意如果设置循环执行的话必须保证线程池不关闭

3.线程池的组成

一般的线程池主要分为以下 4 个组成部分：

线程池管理器：用于创建并管理线程池
工作线程：线程池中的线程
任务接口：每个任务必须实现的接口，用于工作线程调度其运行
任务队列：用于存放待处理的任务，提供一种缓冲机制

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 ，Callable 和 Future、FutureTask 这几个类。

ThreadPoolExecutor 的构造方法如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    }

corePoolSize：指定了线程池中的线程数量。
maximumPoolSize：指定了线程池中的最大线程数量。
keepAliveTime：当前线程池数量超过 corePoolSize 时，多余的空闲线程的存活时间，即多次时间内会被销毁。
unit：keepAliveTime 的单位。
workQueue：任务队列，被提交但尚未被执行的任务。
threadFactory：线程工厂，用于创建线程，一般用默认的即可。
handler：拒绝策略，当任务太多来不及处理，如何拒绝任务。

4.拒绝策略

线程池中的线程已经用完了，无法继续为新任务服务，同时，等待队列也已经排满了，再也塞不下新任务了。这时候我们就需要拒绝策略机制合理的处理这个问题。
JDK 内置的拒绝策略如下：

AbortPolicy ：直接抛出异常，阻止系统正常运行。
CallerRunsPolicy ：只要线程池未关闭，该策略直接在调用者线程中，运行当前被丢弃的任务。显然这样做不会真的丢弃任务，但是，任务提交线程的性能极有可能会急剧下降。
DiscardOldestPolicy ：丢弃最老的一个请求，也就是即将被执行的一个任务，并尝试再次提交当前任务。
DiscardPolicy ：该策略默默地丢弃无法处理的任务，不予任何处理。如果允许任务丢失，这是最好的一种方案。
以上内置拒绝策略均实现了 RejectedExecutionHandler 接口，若以上策略仍无法满足实际需要，完全可以自己扩展 RejectedExecutionHandler 接口。

5.Java 线程池工作过程

线程池刚创建时，里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过，就算队列里面有任务，线程池也不会马上执行它们。
当调用 execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：

a) 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；
b) 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；
c) 如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；
d) 如果队列满了，而且正在运行的线程数量等于 maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常 RejectExecutionException。
3. 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。
4. 当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。

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