Java 线程池 Executor框架（１）ThreadPoolExecutor

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-06-16 12:40 263阅读 0赞

## **Executor框架的结构** ##

Executor框架主要包含三个部分：  
**任务**：包括Runnable和Callable，其中Runnable表示一个可以异步执行的任务，而Callable表示一个会产生结果的任务  
**任务的执行**：包括Executor框架的核心接口Executor以及其子接口ExecutorService。在Executor框架中有两个关键类ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor实现了ExecutorService接口。  
**异步计算的结果**：包括接口Future和其实现类FutureTask。  
![这里写图片描述][SouthEast]  
我们会一步一步详细解释每部分的作用与原理

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## **(1)ThreadPoolExecutor** ##

Executor框架最核心的类是ThreadPoolExecutor，它是线程池的实现类，主要由下列4个组件构成。  
　corePool：核心线程池的大小。  
　maximumPool：最大线程池的大小。  
　BlockingQueue：用来暂时保存任务的工作队列。  
　RejectedExecutionHandler：当ThreadPoolExecutor已经关闭或ThreadPoolExecutor已经饱和时（达到了最大线程池大小且工作队列已满），execute()方法将要调用的Handler。

通过Executor框架的工具类Executors，可以创建3种类型的ThreadPoolExecutor。  
　**FixedThreadPool**  
　**SingleThreadExecutor**  
　**CachedThreadPool**

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**【１】FixedThreadPool**  
FixedThreadPool被称为可重用固定线程数的线程池。下面是FixedThreadPool的源代码实现。

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

FixedThreadPool的corePoolSize和maximumPoolSize都被设置为创建FixedThreadPool时定的参数nThreads。  
　当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime为多余的空闲线程等待新任务的 最长时间，超过这个时间后多余的线程将被终止。这里把keepAliveTime设置为0L，意味着多余的空闲线程会被立即终止  
![这里写图片描述][SouthEast 1]  
1）如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务。  
2）在线程池完成预热之后（当前运行的线程数等于corePoolSize），将任务加入 LinkedBlockingQueue。  
3）线程执行完1中的任务后，会在循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。FixedThreadPool使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列（队列的容量为 Integer.MAX\_VALUE）。

FixedThreadPool是使用固定线程数的线程池,Executors提供的API有如下两个

1 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads);
    2 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory);

关于FixedThreadExecutor的demo

ExecutorService service = Executor.newFixedThreadExecutor(2);
    
    service.submit(new Runnable(){
        @Override
        public void run(){
            for(int i = 0; i<10; i++){
                try{
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println("Executor1:"+i);
                }catch(Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    });
    
    service.submit(new Runnable(){
        @Override
        public void run(){
            for(int i = 0; i<10; i++){
                try{
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println("Executor2:"+i);
                }catch(Exception e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    })

输出结果：Executor1和Executor2并行打印出来  
![这里写图片描述][SouthEast 2]

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**【2】SingleThreadExecutor**  
正如其名，SingleThreadExecutor是单用单个worker线程的Executor。他和FixedThreadExcutor的设置差不多，只不过SingleThreadExecutor的corePoolSize是1而已。

public static ExecutorService newSingleThreadPool(int nThreads{
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
                   (new ThreadPoolExecuto(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); 
    }

![这里写图片描述][SouthEast 3]  
线程执行完1中的任务后，会在一个无限循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。  
SingleThreadExecutor使用单线程执行任务，Executors提供的API有如下两个

1.public static ExecutorService newSingleThreadExecutor();
    2.public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory);

关于SingleThreadExecutor的demo

ExecutorService service = Executor.newSingleThreadExecutor();
    service.submit(new Runnable(){
        @Override
        public void run(){
            for(int i = 0;i<100;i++){
                sleep(1000);
                System.out.println("Execute"+i);
            }
        }
    });

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**【３】CachedThreadExecutor**  
CachedThreadPool是一个会根据需要创建新线程的线程池。下面是创建CachedThreadPool的源代码。

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

CachedThreadPool的corePoolSize被设置为0，即corePool为空；maximumPoolSize被设置为 Integer.MAX\_VALUE，即maximumPool是无界的。这里把keepAliveTime设置为60L，意味着 CachedThreadPool中的空闲线程等待新任务的最长时间为60秒，空闲线程超过60秒后将会被终止。  
　FixedThreadPool和SingleThreadExecutor使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的 工作队列。CachedThreadPool使用没有容量的SynchronousQueue作为线程池的工作队列，但 CachedThreadPool的maximumPool是无界的。这意味着，如果主线程提交任务的速度高于 maximumPool中线程处理任务的速度时,CachedThreadPool会不断创建新线程。极端情况下， CachedThreadPool会因为创建过多线程而耗尽CPU和内存资源.  
![这里写图片描述][SouthEast 4]  
1）首先执行SynchronousQueue.offer（Runnable task）。如果当前maximumPool中有空闲线程 正在执行SynchronousQueue.poll（keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS），那么主线程执行 offer操作与空闲线程执行的poll操作配对成功，主线程把任务交给空闲线程执行，execute()方 法执行完成；否则执行下面的步骤2）。

2）当初始maximumPool为空，或者maximumPool中当前没有空闲线程时，将没有线程执行 SynchronousQueue.poll（keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS）。这种情况下，步骤1）将失败。此时CachedThreadPool会创建一个新线程执行任务，execute()方法执行完成。

3）在步骤2）中新创建的线程将任务执行完后，会执行 SynchronousQueue.poll（keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS）。这个poll操作会让空闲线程最多在SynchronousQueue中等待60秒钟。如果60秒钟内主线程提交了一个新任务（主线程执 行步骤1）），那么这个空闲线程将执行主线程提交的新任务；否则，这个空闲线程将终止。由于 空闲60秒的空闲线程会被终止，因此长时间保持空闲的CachedThreadPool不会使用任何资源。

SynchronousQueue是一个没有容量的阻塞队列。每个插入操作必须等待另一 个线程的对应移除操作，反之亦然。CachedThreadPool使用SynchronousQueue，把主线程提交的 任务传递给空闲线程执行。CachedThreadPool中任务传递的示意图如下图所示。  
![这里写图片描述][SouthEast 5]  
CachedThreadPool是无界线程池，Executors提供的API有如下两个

１.public static ExecutorService newCachedThreadPool();
    ２.public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory);

CachedThreadPool适用于执行很多短期异步任务的小程序，适用于负载较轻的服务器。

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[SouthEast 2]: /images/20220616/b468a369d19d4b3385ba1294e39fb2b6.png
[SouthEast 3]: /images/20220616/6dcd0af686bc42b98b07bc417080bfa4.png
[SouthEast 4]: /images/20220616/7e5c15ebd76d43c7975e9fdca970b415.png
[SouthEast 5]: /images/20220616/45afda0d0af846a391103b2e49a80c75.png