java线程池讲解

Love The Way You Lie 2022-06-12 02:58 146阅读 0赞

**一.Java中的ThreadPoolExecutor类**

java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类，因此如果要透彻地了解Java中的线程池，必须先了解这个类。下面我们来看一下ThreadPoolExecutor类的具体实现源码。  
　　在ThreadPoolExecutor类中提供了四个构造方法：

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService { 
        .....
        public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue);
    
        public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory);
    
        public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler);
    
        public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);
        ...
    }

下面解释下一下构造器中各个参数的含义：  
**corePoolSize：**核心池的大小，这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，而是等待有任务到来才创建线程去执行任务，除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，从这2个方法的名字就可以看出，是预创建线程的意思，即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中；  
**maximumPoolSize**：线程池最大线程数，这个参数也是一个非常重要的参数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程；  
**keepAliveTime**：表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime才会起作用，直到线程池中的线程数不大于corePoolSize，即当线程池中的线程数大于corePoolSize时，如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，keepAliveTime参数也会起作用，直到线程池中的线程数为0；  
**unit**：参数keepAliveTime的时间单位  
**workQueue**：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，这个参数的选择也很重要，会对线程池的运行过程产生重大影响，一般来说，这里的阻塞队列有以下几种选择：  
ArrayBlockingQueue;  
LinkedBlockingQueue;  
SynchronousQueue;  
**threadFactory：**线程工厂，主要用来创建线程；  
**handler：**表示当拒绝处理任务时的策略，有以下四种取值：  
**ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:**丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。  
**ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：**也是丢弃任务，但是不抛出异常。  
**ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：**丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）  
**ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：**由调用线程处理该任务

**二.深入剖析线程池实现原理**  
　　在上一节我们从宏观上介绍了ThreadPoolExecutor，下面我们来深入解析一下线程池的具体实现原理，将从下面几个方面讲解：  
　　1.线程池状态  
　　2.任务的执行  
　　3.线程池中的线程初始化  
　　4.任务缓存队列及排队策略  
　　5.任务拒绝策略  
　　6.线程池的关闭  
　　7.线程池容量的动态调整  
线程池状态  
　　在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量，另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态：

volatile int runState;
                static final int RUNNING    = 0;
                static final int SHUTDOWN   = 1;
                static final int STOP       = 2;
                static final int TERMINATED = 3;

runState表示当前线程池的状态，它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性；  
　　下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。  
　　当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；  
　　如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；  
　　如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；  
　　当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。

2.任务的执行  
　　在了解将任务提交给线程池到任务执行完毕整个过程之前，我们先来看一下ThreadPoolExecutor类中其他的一些比较重要成员变量：

private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;              //任务缓存队列，用来存放等待执行的任务
    private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();   //线程池的主要状态锁，对线程池状态（比如线程池大小、runState等）的改变都要使用这个锁
    private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();  //用来存放工作集
    private volatile long  keepAliveTime;    //线程存活时间 
    private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;   //是否允许为核心线程设置存活时间
    private volatile int   corePoolSize;     //核心池的大小（即线程池中的线程数目大于这个参数时，提交的任务会被放进任务缓存队列）
    private volatile int   maximumPoolSize;   //线程池最大能容忍的线程数
    private volatile int   poolSize;       //线程池中当前的线程数
    private volatile RejectedExecutionHandler handler; //任务拒绝策略
    private volatile ThreadFactory threadFactory;   //线程工厂，用来创建线程
    private int largestPoolSize;   //用来记录线程池中曾经出现过的最大线程数
    private long completedTaskCount;   //用来记录已经执行完毕的任务个数

如果当前线程池中的线程数目小于corePoolSize，则每来一个任务，就会创建一个线程去执行这个任务；  
如果当前线程池中的线程数目>=corePoolSize，则每来一个任务，会尝试将其添加到任务缓存队列当中，若添加成功，则该任务会等待空闲线程将其取出去执行；若添加失败（一般来说是任务缓存队列已满），则会尝试创建新的线程去执行这个任务；  
如果当前线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，则会采取任务拒绝策略进行处理；  
如果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，直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize；如果允许为核心池中的线程设置存活时间，那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime，线程也会被终止。

3.线程池中的线程初始化  
　　默认情况下，创建线程池之后，线程池中是没有线程的，需要提交任务之后才会创建线程  
　　在实际中如果需要线程池创建之后立即创建线程，可以通过以下两个方法办到：

prestartCoreThread()：初始化一个核心线程；
        prestartAllCoreThreads()：初始化所有核心线程

4.任务缓存队列及排队策略  
　　在前面我们多次提到了任务缓存队列，即workQueue，它用来存放等待执行的任务。  
　　workQueue的类型为BlockingQueue，通常可以取下面三种类型：  
　　1）ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；  
　　2）LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列，如果创建时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX\_VALUE；  
　　3）synchronousQueue：这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。  
5.任务拒绝策略  
　　当线程池的任务缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略，通常有以下四种策略：  
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。  
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。  
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）  
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

6.线程池的关闭  
　　ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，其中：  
shutdown()：不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务  
shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务

7.线程池容量的动态调整  
　　ThreadPoolExecutor提供了动态调整线程池容量大小的方法：setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()，  
setCorePoolSize：设置核心池大小  
setMaximumPoolSize：设置线程池最大能创建的线程数目大小  
　　当上述参数从小变大时，ThreadPoolExecutor进行线程赋值，还可能立即创建新的线程来执行任务。

**三.使用示例**

public class Test { 
         public static void main(String[] args) {   
             ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200, TimeUnit.MILLISECONDS,
                     new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5));
    
             for(int i=0;i<15;i++){
                 MyTask myTask = new MyTask(i);
                 executor.execute(myTask);
                 System.out.println("线程池中线程数目："+executor.getPoolSize()+"，队列中等待执行的任务数目："+
                 executor.getQueue().size()+"，已执行玩别的任务数目："+executor.getCompletedTaskCount());
             }
             executor.shutdown();
         }
    }
    
    
    class MyTask implements Runnable { 
        private int taskNum;
    
        public MyTask(int num) {
            this.taskNum = num;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("正在执行task "+taskNum);
            try {
                Thread.currentThread().sleep(4000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("task "+taskNum+"执行完毕");
        }
    }

执行结果：  
正在执行task 0  
线程池中线程数目：1，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0  
线程池中线程数目：2，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0  
正在执行task 1  
线程池中线程数目：3，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0  
正在执行task 2  
线程池中线程数目：4，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0  
正在执行task 3  
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0  
正在执行task 4  
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：1，已执行玩别的任务数目：0  
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：2，已执行玩别的任务数目：0  
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：3，已执行玩别的任务数目：0  
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：4，已执行玩别的任务数目：0  
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0  
线程池中线程数目：6，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0  
正在执行task 10  
线程池中线程数目：7，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0  
正在执行task 11  
线程池中线程数目：8，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0  
正在执行task 12  
线程池中线程数目：9，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0  
正在执行task 13  
线程池中线程数目：10，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0  
正在执行task 14  
task 3执行完毕  
task 0执行完毕  
task 2执行完毕  
task 1执行完毕  
正在执行task 8  
正在执行task 7  
正在执行task 6  
正在执行task 5  
task 4执行完毕  
task 10执行完毕  
task 11执行完毕  
task 13执行完毕  
task 12执行完毕  
正在执行task 9  
task 14执行完毕  
task 8执行完毕  
task 5执行完毕  
task 7执行完毕  
task 6执行完毕  
task 9执行完毕