简述Java线程池以及使用

墨蓝 2022-06-08 08:13 194阅读 0赞

#### 创建线程的几种方式 ####

1.  继承**Thread**，重写**run()**方法
2.  实现**Runnable**接口，实现**run()**方法
3.  实现**Callable**接口，实现**Call()**方法
4.  使用**线程池**，并向其提交任务**task**，其内部自动创建线程调度完成。

#### 上述对比： ####

一般来说，使用第一种和第二种比较普遍，考虑到Java不支持多继承，通常使用第二种，实现Runnable接口创建线程。  
然而，假设创建线程进行一些复杂的处理，比如需要执行后做出反馈，这时候可以使用实现**Callable**方式创建线程。  
About Callable的返回值，可以使用Future或者FutureTask来获取。

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#### Future ####

它是一个接口，包含方法：  
**boolean cancel();**  
尝试取消任务，返回ture包括（任务已完成，任务成功取消）  
**boolean isCancelled();**  
区别于上一种方法这个更像是一个未完成状态（完成任务之前的取消），不包括已完成  
**boolean isDone();**  
判断任务是否完成  
**get();**  
获取执行结果，如果任务在执行该方法会阻塞，直到有返回值  
**get(long timeout,TimeUnitunit);**  
在有限时间内阻塞得到返回值，否则返回null

#### FutureTask: ####

底部实现**RunnableFuture**接口，而**RunnableFuture**继承了**Future**和**Runnable**  
所以**FutureTask**同样具备上述5个方法。  
参考部分源码：

/** * Creates a {@code FutureTask} that will, upon running, execute the * given {@code Callable}. * * @param callable the callable task * @throws NullPointerException if the callable is null */
        public FutureTask(Callable<V> callable) {
            if (callable == null)
                throw new NullPointerException();
            this.callable = callable;
            this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
        }
    
        /** * Creates a {@code FutureTask} that will, upon running, execute the * given {@code Runnable}, and arrange that {@code get} will return the * given result on successful completion. * * @param runnable the runnable task * @param result the result to return on successful completion. If * you don't need a particular result, consider using * constructions of the form: * {@code Future<?> f = new FutureTask<Void>(runnable, null)} * @throws NullPointerException if the runnable is null */
        public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
            this.callable = Executors.callable(runnable, result);
            this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
        }

可以看到**FutureTask**可以传入参数**Callable**或者**Runnable，Result**作为构造方法，区别在于：  
1. 前者调用**get()**方法获取的是**Callable**的**call()**返回值  
2. 后者传入参数**Runnable**和**Result**,如果执行成功，返回**Result**

### Futuretask和Callable实现创建线程的Demo ###

import java.util.concurrent.Callable;
    import java.util.concurrent.ExecutionException;
    import java.util.concurrent.FutureTask;
    
    public class CallableThread { 
        public static void main(String[] args) {
            ThreadCall tc = new ThreadCall();
            FutureTask<String> result = new FutureTask<>(tc);
            Thread t = new Thread(result);
            t.start();
            while (true) {
                if (result.isDone()) {
                    try {
                        System.out.println("Call执行结束:"+result.get());
                        break;
                    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    class ThreadCall implements Callable<String>{ 
    
        @Override
        public String call() throws Exception {
            return "为Java打Call！";
        }
    
    }

执行结果：  
Call执行结束:为Java打Call！

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#### 线程池： ####

***线程池可以避免频繁创建销毁线程，提高性能。常见如数据库的连接池。***  
在**JUC**（java.util.concurrent）中，Java提供了一个工具类**Executors**用于创建线程池\[多种类型\]，返回一个执行器，再将**Runnable**或者**Callable**提交到执行器中\[详见demo\]。

##### 线程池的几个类型： #####

*  **newCachedThreadPool(int nThreads)**  
    接受任务才创建线程，如果某个线程空闲超过60秒，则会被撤销。
 *  **newFixedThreadPool()**  
    固定线程数量的线程池，如果线程池数量超过nThreads,新任务会放在任务队列中，如果某个线程终止了，另一个线程会来取代它。
 *  **newSingleThreadExecutor()**  
    只有一个线程的线程池，依次执行任务
 *  **newScheduledThreadPool(int corePoolSize)**  
    指定按照设置的时间周期执行任务，池中线程数量根据参数**corePoolSize**决定，即时有线程空闲状态也不会撤销。

#### Demo: ####

package com.dd.code.ThreadByCallable;
    
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    public class TestThreadPool { 
    
        public static void main(String[] args) {
            //创建线程池（5个线程）
            ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
            ThreadPoolDemo tpd = new ThreadPoolDemo();
    
            //为线程池分配10个任务
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                pool.submit(tpd);
            }
            //关闭线程池(等待任务执行完成才关闭)，区别于shutdownnow立即关闭
            pool.shutdown();
        }
    
    }
    
    class ThreadPoolDemo implements Runnable{ 
    
        private int i = 0;
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("当前线程号："+Thread.currentThread().getName() + "，i = " + i++);
        }
    
    }

执行结果：

当前线程号：pool-1-thread-3，i = 2
    当前线程号：pool-1-thread-5，i = 3
    当前线程号：pool-1-thread-1，i = 0
    当前线程号：pool-1-thread-2，i = 1
    当前线程号：pool-1-thread-3，i = 6
    当前线程号：pool-1-thread-5，i = 5
    当前线程号：pool-1-thread-4，i = 4
    当前线程号：pool-1-thread-3，i = 8
    当前线程号：pool-1-thread-2，i = 7
    当前线程号：pool-1-thread-1，i = 9

可以看到，尽管分配10个任务给线程池，然而我们初始化5个固定线程的线程池，所以线程池执行的所在进程号不会超过5，而且可以看出在**newFixedThreadPool**中线程的调度是随机的。

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#### 线程池多任务计算 ####

假如我们要使用线程池来执行相应计算，并且取得返回值要如何实现呢？  
通常可以使用Future或者FutureTask以结合Callable来实现。

#### 思路： ####

1.  创建所需线程池，返回执行器\[**ExecutorService**\]**executor**
2.  使用**FutureTask**构造方法传入需要计算的**Callable**实例化创建**FutureTask**
3.  调用执行器**executor**的方法**executor.execute(futuretask);**
4.  创建**`List<FutureTask>`**将执行的**futuretask**添加到List中，方便后续取值。

#### 示例： ####

**下面模拟一个计算延迟操作，我们来看看多线程和单线程执行的效率对比**

package com.dd.code.ThreadByCallable;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    import java.util.concurrent.Callable;
    import java.util.concurrent.ExecutionException;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.FutureTask;
    import java.util.concurrent.RejectedExecutionException;
    
    public class MutilThreadTask { 
        // 线程（内部类）实现Callable接口
        static class MyCallable implements Callable<Long> {
            private long uid;
    
            public MyCallable(long uid) {
                super();
                this.uid = uid;
            }
    
            @Override
            public Long call() throws Exception {
                return Work(uid);
            }
    
            public long Work(long uid) {
                try {
                    //模拟查询操作延迟
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                return uid * 2;
            }
    
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            // 多线程累加list
            List<Long> uidList = new ArrayList<Long>();
            for(int i = 0; i < 100; i++){
                uidList.add(10L);
            }
    
            long t1  = System.currentTimeMillis();
            //使用单线程进行计算
            System.out.println("累加结果:" + SumWithOneThread(uidList));
            System.out.println("常规计算时间:"+(System.currentTimeMillis()-t1));
    
            long t2  = System.currentTimeMillis();
            //创建10个线程的线程池参与运算
            System.out.println("累加结果:" + SumWithMutilThread(uidList,10));
            System.out.println("线程池计算时间:"+(System.currentTimeMillis()-t2));
        }
    
        static Long SumWithOneThread(List<Long> uidList){
            Long result = 0L;
            for (Long l : uidList) {            
                result += DoubleIt(l);
            }
            return result;
        }
    
        static Long DoubleIt(Long l){
            try {
                //模拟延迟计算
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return l*2;
        }
    
        static Long SumWithMutilThread(List<Long> uidList,int THREAD_NUM) {
            // 创建线程池
            ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_NUM);
            // 关于Future和Futuretask可以参考http://blog.csdn.net/zmx729618/article/details/51596414
            // 创建任务列表
            List<FutureTask<Long>> ftlist = new ArrayList<FutureTask<Long>>();
            // MutilThreadTask mt = new MutilThreadTask();
            // 逐个执行任务并且添加到任务列表
            for (Long uid : uidList) {
                /* * 实例化内部类MyCallable方法 * 1.把内部类设为静态. * 2.通过外部类.实例化内部类，MyCallable callable = mt.new MyCallable(uid); */
                MyCallable callable = new MyCallable(uid);
                FutureTask<Long> futuretask = null;
                try {
                    futuretask = new FutureTask<Long>(callable);
                    executor.execute(futuretask);
                } catch (RejectedExecutionException e) {
                    //Re:处理进入线程池失败的情况，也就是说，不仅获取线程资源失败，并且由于等待队列已满，甚至无法进入队列直接 失败
                    e.printStackTrace();
                }
                ftlist.add(futuretask);
            }
            // 遍历任务列表，把完成任务取出来获取数据
            long totalResult = 0L; // 初始化计算数据量
            for (FutureTask<Long> ft : ftlist) {
                Long result = null;
                try {
                    result = ft.get();
                } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (result != null) {
                    totalResult += result;
                }
            }
            // 关闭执行器
            executor.shutdown();
            return totalResult;
        }
    
    }

执行结果：

累加结果:2000
    常规计算时间:10035
    累加结果:2000
    线程池计算时间:1020

#### 效率对比 ####

果然，使用线程池创建多个线程计算效率快了许多，但是使用多线程就一定快吗?  
我们稍作修改一下方法的参数，只给FutureTask分配5个任务\[区别于之前的100个任务\]，并且将模拟计算时间修改为1毫秒\[区别于之前的100毫秒\]，再看看执行结果。

累加结果:100
    常规计算时间:6
    累加结果:100
    线程池计算时间:24

发现使用线程池的多线程计算反而更慢了，可以初步断定，如果任务量不是很大，计算量不是很复杂的情况下，多线程并不是首先，相反**线程池还需要耗费资源去维护池中的线程**，所以考虑多线程的使用场景，还要权衡一下任务量。