如何优雅的理解线程池

男娘i 2022-03-20 15:19 181阅读 0赞

# 如何优雅的使用和理解线程池 #

Posted on 2018-07-29   |   In [Java 进阶 ][Java]  |   [0 Comments ][0 Comments]  |   visitors 5412   |   本文总阅读量 5865次

[![006tKfTcgy1ftpwh3a2szj31kw11xh84.jpg][]][006tKfTcgy1ftpwh3a2szj31kw11xh84.jpg]

## 前言 ##

平时接触过多线程开发的童鞋应该都或多或少了解过线程池，之前发布的《阿里巴巴 Java 手册》里也有一条：

[![006tKfTcgy1ftpxf3x1epj30la03s0tl.jpg][]][006tKfTcgy1ftpxf3x1epj30la03s0tl.jpg]

可见线程池的重要性。

简单来说使用线程池有以下几个目的：

*  线程是稀缺资源，不能频繁的创建。
 *  解耦作用；线程的创建于执行完全分开，方便维护。
 *  应当将其放入一个池子中，可以给其他任务进行复用。

## 线程池原理 ##

谈到线程池就会想到池化技术，其中最核心的思想就是把宝贵的资源放到一个池子中；每次使用都从里面获取，用完之后又放回池子供其他人使用，有点吃大锅饭的意思。

那在 Java 中又是如何实现的呢？

在 JDK 1.5 之后推出了相关的 api，常见的创建线程池方式有以下几种：

*  `Executors.newCachedThreadPool()`：无限线程池。
 *  `Executors.newFixedThreadPool(nThreads)`：创建固定大小的线程池。
 *  `Executors.newSingleThreadExecutor()`：创建单个线程的线程池。

其实看这三种方式创建的源码就会发现：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> 1 2 3 4 5 </td> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue&lt;Runnable&gt;()); } </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

实际上还是利用 `ThreadPoolExecutor` 类实现的。

所以我们重点来看下 `ThreadPoolExecutor` 是怎么玩的。

首先是创建线程的 api：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> 1 </td> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue&lt;Runnable&gt; workQueue, RejectedExecutionHandler handler) </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

这几个核心参数的作用：

*  `corePoolSize` 为线程池的基本大小。
 *  `maximumPoolSize` 为线程池最大线程大小。
 *  `keepAliveTime` 和 `unit` 则是线程空闲后的存活时间。
 *  `workQueue` 用于存放任务的阻塞队列。
 *  `handler` 当队列和最大线程池都满了之后的饱和策略。

了解了这几个参数再来看看实际的运用。

通常我们都是使用:

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> 1 </td> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> threadPool.execute(new Job()); </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

这样的方式来提交一个任务到线程池中，所以核心的逻辑就是 `execute()` 函数了。

在具体分析之前先了解下线程池中所定义的状态，这些状态都和线程的执行密切相关：

[![006tKfTcgy1ftq1ks5qywj30jn03i3za.jpg][]][006tKfTcgy1ftq1ks5qywj30jn03i3za.jpg]

*  `RUNNING` 自然是运行状态，指可以接受任务执行队列里的任务
 *  `SHUTDOWN` 指调用了 `shutdown()` 方法，不再接受新任务了，但是队列里的任务得执行完毕。
 *  `STOP` 指调用了 `shutdownNow()` 方法，不再接受新任务，同时抛弃阻塞队列里的所有任务并中断所有正在执行任务。
 *  `TIDYING` 所有任务都执行完毕，在调用 `shutdown()/shutdownNow()` 中都会尝试更新为这个状态。
 *  `TERMINATED` 终止状态，当执行 `terminated()` 后会更新为这个状态。

用图表示为：

[![006tKfTcgy1ftq2nxlwe5j30sp0ba0ts.jpg][]][006tKfTcgy1ftq2nxlwe5j30sp0ba0ts.jpg]

然后看看 `execute()` 方法是如何处理的：

[![006tKfTcgy1ftq283zi91j30ky08mwgb.jpg][]][006tKfTcgy1ftq283zi91j30ky08mwgb.jpg]

1.  获取当前线程池的状态。
2.  当前线程数量小于 coreSize 时创建一个新的线程运行。
3.  如果当前线程处于运行状态，并且写入阻塞队列成功。
4.  双重检查，再次获取线程状态；如果线程状态变了（非运行状态）就需要从阻塞队列移除任务，并尝试判断线程是否全部执行完毕。同时执行拒绝策略。
5.  如果当前线程池为空就新创建一个线程并执行。
6.  如果在第三步的判断为非运行状态，尝试新建线程，如果失败则执行拒绝策略。

这里借助《聊聊并发》的一张图来描述这个流程：

[![006tKfTcgy1ftq2vzuv5rj30dw085q3i.jpg][]][006tKfTcgy1ftq2vzuv5rj30dw085q3i.jpg]

### 如何配置线程 ###

流程聊完了再来看看上文提到了几个核心参数应该如何配置呢？

有一点是肯定的，线程池肯定是不是越大越好。

通常我们是需要根据这批任务执行的性质来确定的。

*  IO 密集型任务：由于线程并不是一直在运行，所以可以尽可能的多配置线程，比如 CPU 个数 \* 2
 *  CPU 密集型任务（大量复杂的运算）应当分配较少的线程，比如 CPU 个数相当的大小。

当然这些都是经验值，最好的方式还是根据实际情况测试得出最佳配置。

### 优雅的关闭线程池 ###

有运行任务自然也有关闭任务，从上文提到的 5 个状态就能看出如何来关闭线程池。

其实无非就是两个方法 `shutdown()/shutdownNow()`。

但他们有着重要的区别：

*  `shutdown()` 执行后停止接受新任务，会把队列的任务执行完毕。
 *  `shutdownNow()` 也是停止接受新任务，但会中断所有的任务，将线程池状态变为 stop。

> 两个方法都会中断线程，用户可自行判断是否需要响应中断。

`shutdownNow()` 要更简单粗暴，可以根据实际场景选择不同的方法。

我通常是按照以下方式关闭线程池的：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 </td> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> long start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i &lt;= 5; i++) { pool.execute(new Job()); } pool.shutdown(); while (!pool.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS)) { LOGGER.info("线程还在执行。。。"); } long end = System.currentTimeMillis(); LOGGER.info("一共处理了【{}】", (end - start)); </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

`pool.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS)` 会每隔一秒钟检查一次是否执行完毕（状态为 `TERMINATED`），当从 while 循环退出时就表明线程池已经完全终止了。

## SpringBoot 使用线程池 ##

2018 年了，SpringBoot 盛行；来看看在 SpringBoot 中应当怎么配置和使用线程池。

既然用了 SpringBoot ，那自然得发挥 Spring 的特性，所以需要 Spring 来帮我们管理线程池：

使用时：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 </td> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> @Resource(name = "consumerQueueThreadPool") private ExecutorService consumerQueueThreadPool; @Override public void execute() { //消费队列 for (int i = 0; i &lt; 5; i++) { consumerQueueThreadPool.execute(new ConsumerQueueThread()); } } </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

其实也挺简单，就是创建了一个线程池的 bean，在使用时直接从 Spring 中取出即可。

## 监控线程池 ##

谈到了 SpringBoot，也可利用它 actuator 组件来做线程池的监控。

线程怎么说都是稀缺资源，对线程池的监控可以知道自己任务执行的状况、效率等。

关于 actuator 就不再细说了，感兴趣的可以看看[这篇][Link 1]，有详细整理过如何暴露监控端点。

其实 ThreadPool 本身已经提供了不少 api 可以获取线程状态：

[![006tKfTcgy1ftq3xsrbs6j30bg0bpgnb.jpg][]][006tKfTcgy1ftq3xsrbs6j30bg0bpgnb.jpg]

很多方法看名字就知道其含义，只需要将这些信息暴露到 SpringBoot 的监控端点中，我们就可以在可视化页面查看当前的线程池状态了。

甚至我们可以继承线程池扩展其中的几个函数来自定义监控逻辑：

[![006tKfTcgy1ftq40lkw9jj30mq07rmyt.jpg][]][006tKfTcgy1ftq40lkw9jj30mq07rmyt.jpg]

[![006tKfTcgy1ftq41asf8rj30kq07cabd.jpg][]][006tKfTcgy1ftq41asf8rj30kq07cabd.jpg]

看这些名称和定义都知道，这是让子类来实现的。

可以在线程执行前、后、终止状态执行自定义逻辑。

## 线程池隔离 ##

> 线程池看似很美好，但也会带来一些问题。

如果我们很多业务都依赖于同一个线程池,当其中一个业务因为各种不可控的原因消耗了所有的线程，导致线程池全部占满。

这样其他的业务也就不能正常运转了，这对系统的打击是巨大的。

比如我们 Tomcat 接受请求的线程池，假设其中一些响应特别慢，线程资源得不到回收释放；线程池慢慢被占满，最坏的情况就是整个应用都不能提供服务。

所以我们需要将线程池**进行隔离**。

通常的做法是按照业务进行划分：

> 比如下单的任务用一个线程池，获取数据的任务用另一个线程池。这样即使其中一个出现问题把线程池耗尽，那也不会影响其他的任务运行。

### hystrix 隔离 ###

这样的需求 [Hystrix][] 已经帮我们实现了。

> Hystrix 是一款开源的容错插件，具有依赖隔离、系统容错降级等功能。

下面来看看 `Hystrix` 简单的应用：

首先需要定义两个线程池，分别用于执行订单、处理用户。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 </td> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> /** * Function:订单服务 * * @author crossoverJie * Date: 2018/7/28 16:43 * @since JDK 1.8 */ public class CommandOrder extends HystrixCommand&lt;String&gt; { private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(CommandOrder.class); private String orderName; public CommandOrder(String orderName) { super(Setter.withGroupKey( //服务分组 HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("OrderGroup")) //线程分组 .andThreadPoolKey(HystrixThreadPoolKey.Factory.asKey("OrderPool")) //线程池配置 .andThreadPoolPropertiesDefaults(HystrixThreadPoolProperties.Setter() .withCoreSize(10) .withKeepAliveTimeMinutes(5) .withMaxQueueSize(10) .withQueueSizeRejectionThreshold(10000)) .andCommandPropertiesDefaults( HystrixCommandProperties.Setter() .withExecutionIsolationStrategy(HystrixCommandProperties.ExecutionIsolationStrategy.THREAD)) ) ; this.orderName = orderName; } @Override public String run() throws Exception { LOGGER.info("orderName=[{}]", orderName); TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100); return "OrderName=" + orderName; } } /** * Function:用户服务 * * @author crossoverJie * Date: 2018/7/28 16:43 * @since JDK 1.8 */ public class CommandUser extends HystrixCommand&lt;String&gt; { private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(CommandUser.class); private String userName; public CommandUser(String userName) { super(Setter.withGroupKey( //服务分组 HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("UserGroup")) //线程分组 .andThreadPoolKey(HystrixThreadPoolKey.Factory.asKey("UserPool")) //线程池配置 .andThreadPoolPropertiesDefaults(HystrixThreadPoolProperties.Setter() .withCoreSize(10) .withKeepAliveTimeMinutes(5) .withMaxQueueSize(10) .withQueueSizeRejectionThreshold(10000)) //线程池隔离 .andCommandPropertiesDefaults( HystrixCommandProperties.Setter() .withExecutionIsolationStrategy(HystrixCommandProperties.ExecutionIsolationStrategy.THREAD)) ) ; this.userName = userName; } @Override public String run() throws Exception { LOGGER.info("userName=[{}]", userName); TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100); return "userName=" + userName; } } </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

--------------------

`api` 特别简洁易懂，具体详情请查看官方文档。

然后模拟运行：

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 </td> 
 <td> <pre>
&nbsp;</pre> public static void main(String[] args) throws Exception { CommandOrder commandPhone = new CommandOrder("手机"); CommandOrder command = new CommandOrder("电视"); //阻塞方式执行 String execute = commandPhone.execute(); LOGGER.info("execute=[{}]", execute); //异步非阻塞方式 Future&lt;String&gt; queue = command.queue(); String value = queue.get(200, TimeUnit.MILLISECONDS); LOGGER.info("value=[{}]", value); CommandUser commandUser = new CommandUser("张三"); String name = commandUser.execute(); LOGGER.info("name=[{}]", name); } </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

--------------------

运行结果：

[![006tKfTcgy1ftq4e0ukubj30ps04gtak.jpg][]][006tKfTcgy1ftq4e0ukubj30ps04gtak.jpg]

可以看到两个任务分成了两个线程池运行，他们之间互不干扰。

获取任务任务结果支持同步阻塞和异步非阻塞方式，可自行选择。

它的实现原理其实容易猜到：

> 利用一个 Map 来存放不同业务对应的线程池。

通过刚才的构造函数也能证明：

[![006tKfTcgy1ftq4i6xy2qj30uo09adhp.jpg][]][006tKfTcgy1ftq4i6xy2qj30uo09adhp.jpg]

还要注意的一点是：

> 自定义的 Command 并不是一个单例，每次执行需要 new 一个实例，不然会报 `This instance can only be executed once. Please instantiate a new instance.` 异常。

## 总结 ##

池化技术确实在平时应用广泛，熟练掌握能提高不少效率。

文末的 hystrix 源码：

[https://github.com/crossoverJie/Java-Interview/tree/master/src/main/java/com/crossoverjie/hystrix][https_github.com_crossoverJie_Java-Interview_tree_master_src_main_java_com_crossoverjie_hystrix]

最后插播个小广告：

[Java]: https://crossoverjie.top/categories/Java-%E8%BF%9B%E9%98%B6/
[0 Comments]: https://crossoverjie.top/2018/07/29/java-senior/ThreadPool/#comments
[006tKfTcgy1ftpwh3a2szj31kw11xh84.jpg]: https://ws1.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftpwh3a2szj31kw11xh84.jpg
[006tKfTcgy1ftpxf3x1epj30la03s0tl.jpg]: https://ws2.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftpxf3x1epj30la03s0tl.jpg
[006tKfTcgy1ftq1ks5qywj30jn03i3za.jpg]: https://ws3.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftq1ks5qywj30jn03i3za.jpg
[006tKfTcgy1ftq2nxlwe5j30sp0ba0ts.jpg]: https://ws4.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftq2nxlwe5j30sp0ba0ts.jpg
[006tKfTcgy1ftq283zi91j30ky08mwgb.jpg]: https://ws1.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftq283zi91j30ky08mwgb.jpg
[006tKfTcgy1ftq2vzuv5rj30dw085q3i.jpg]: https://ws4.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftq2vzuv5rj30dw085q3i.jpg
[Link 1]: http://t.cn/ReimM0o
[006tKfTcgy1ftq3xsrbs6j30bg0bpgnb.jpg]: https://ws1.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftq3xsrbs6j30bg0bpgnb.jpg
[006tKfTcgy1ftq40lkw9jj30mq07rmyt.jpg]: https://ws2.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftq40lkw9jj30mq07rmyt.jpg
[006tKfTcgy1ftq41asf8rj30kq07cabd.jpg]: https://ws4.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftq41asf8rj30kq07cabd.jpg
[Hystrix]: https://github.com/Netflix/Hystrix
[006tKfTcgy1ftq4e0ukubj30ps04gtak.jpg]: https://ws2.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftq4e0ukubj30ps04gtak.jpg
[006tKfTcgy1ftq4i6xy2qj30uo09adhp.jpg]: https://ws2.sinaimg.cn/large/006tKfTcgy1ftq4i6xy2qj30uo09adhp.jpg
[https_github.com_crossoverJie_Java-Interview_tree_master_src_main_java_com_crossoverjie_hystrix]: https://github.com/crossoverJie/Java-Interview/tree/master/src/main/java/com/crossoverjie/hystrix