Java并发之线程池简介

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-10-22 15:54 241阅读 0赞

## 为什么要有线程池 ##

*  加快速度，提高效率(大量的操作需要多个线程进行处理时)
 *  达到可复用的目的，减少内存消耗，避免内存问题(大量请求处理例如Tomcat)
 *  统一管理
    
    ## 具体核心参数 ##
 *  corePoolSize 线程池的常驻核心线程数。如果设置为 0，则表示在没有任何任务时，销毁线程池；
 *  maximumPoolSize 线程池的最大线程数，当到达核心线程数之后，会慢慢向最大线程数变大
 *  workQueue 线程池执行的任务队列
    
        * sychronizeQueue 同步交换队列 队列大小为1
          * LinkedBlockQueue 数据结构为链表的阻塞队列，最大值为Integer.MAX_VALUE
          * ArrayBlockQueue 数据结构为数组的阻塞队列，队列长度为设置的值
 *  keepAliveTime 线程的存活时间,当线程池空闲时并且超过了此时间，多余的线程就会销毁，直到线程池中的线程数量销毁的等于 corePoolSize 为止，如果 maximumPoolSize 等于 corePoolSize，那么线程池在空闲的时候也不会销毁任何线程。
 *  threadFactory 线程工厂
 *  RejectedExecutionHandler 线程的拒绝策略，即当任务列已经超过线程数量的最大值之后执行的操作，如下几种策略
    
     *  AbortPolicy 后续任务不执行并抛出异常
     *  DiscardPolicy 超出任务队列的任务不在执行
     *  DiscardOldestPolicy 丢弃掉队列中最先加入队列的任务，
     *  CallerRunsPolicy 在线程池的调用线程中执行无法加入队列的任务
 *  unit 线程存活时间的单位

## 线程工具类Executors可以创建的几种具体类型得线程池 ##

首先要说明的是几个类之间的关系 Executor是 线程池ThreadExecutorPool执行的最终接口，具体来说是ThreadExecutorPool集成抽象类AbstractExecutorService，抽象类AbstractExecutorService实现 ExecutorService接口， ExecutorService继承Executor接口。然后Executors是创建几种具体线程池的工具类

### newFixedThreadPool ###

使用该静态方法，创建的是固定线程大小的线程池。ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10); 源码如下

//Executors.java
            return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                          0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                          new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
                    //ThreadPoolExecutor.java
                       public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                  int maximumPoolSize,
                                  long keepAliveTime,
                                  TimeUnit unit,
                                  BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
            this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
                 Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);

线程池的核心线程数和最大线程数都是初始化赋值时的线程数。keepAliveTime为0 表示非核心线程数执行完后立即销毁。但是在newFixedThreadPool 中核心线程数和最大线程数是相同的，即没有非核心线程。所以此处的keepAliveTime为多少都是没有作用的。 另外 此处使用的workQueue为LinkedBlockingQueue，LinkedBlockingQueue的队列最大数值为Integer.MAX\_VALUE。因此随着任务队列的数据不断增多，很有可能会导致oom异常 使用如下测试代码进行测试

public class ThreadPool {
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
            for (int i=0;i<Integer.MAX_VALUE;i++){
                executorService.execute(new Task());
            }
    
        }
    }
    
    class Task extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

vm options设置为-Xmx8m -Xms8m ;可以看到运行不就就会看到OOM异常 ![file][]

### newCachedThreadPool ###

newCachedThreadPool从字面意思理解即为缓存的线程池，即是可以利用缓存的线程来执行后续的任务

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

可以看到 线程池的几个参数中，核心线程数为0，但是最大线程数为Integer.MAX\_VALUE，且任务队列为同步队列，只能容纳一个任务，这样就会导致当任务量太大时创建线程过多会直接OOM异常。但是当任务量小，任务执行不存在阻塞的情况时就可以复用之前缓存的线程.另外使用该线程执行完任务之后，由于核心线程数为0，但是keepAliveTime设置为60s.所以在无任务执行60s之后线程池将会退出。

#### 复用情况 ####

测试代码如下

public class CachedThreadPool {
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
            for (int i=0;i<1000;i++){
                cachedThreadPool.execute(new Task());
            }
    
        }
    }
    class Task extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }

执行结果 ![file][file 1] 可以看到在执行过程中线程存在复用的情况

#### OOM异常情况 ####

将vm options 设置为-Xmx8m -Xms8m

public class CachedThreadPool {
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
            for (int i=0;i<Integer.MAX_VALUE;i++){
                cachedThreadPool.execute(new Task());
            }
    
        }
    }
    class Task extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(5000000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

结果如下图 ![file][file 2] 在运行一段时间后出现OOM异常

### newSingleThreadExecutor ###

newSingleThreadExecutor即为线程池中只创建了一个线程的线程池，创建源码如下

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
            return new FinalizableDelegatedExecutorService
                (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                        0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                        new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));

可以看到核心线程数和最大线程数均设置为1。任务队列使用的是无界的阻塞队列。这也就意味着当大量任务堆积在队列中时可能造成OOM异常 模拟OOM异常情况

public class SingleThreadPool {
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
            for (int i=0;i<Integer.MAX_VALUE;i++){
                singleThreadExecutor.execute(new Task());
            }
        }
    }
    class Task extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(5000000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

执行结果为 ![file][file 3]

### newScheduledThreadPool ###

newScheduledThreadPool即为计划的线程池，源码为

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
            super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
                  new DelayedWorkQueue());
        }

可以看到jdk单独定义了一个具体的ScheduledThreadPoolExecutor类来完成这种定时任务的操作。可以看到最大线程数为Integer.MAX\_VALUE，这样也可能因为线程数过多造成内存溢出。但是因为keepAliveTime为0，所以当线程执行完后立即停止运行。另外此处用的是一个优先队列，同样也是一个无界的阻塞队列。即也有可能因为队列任务过多造成OOM异常，另外也有可能因为最大线程数为Integer.MAX\_VALUE，创建了太多的线程造成OOM异常。具体的造成OOM异常的代码可以参考上述几种线程池的代码进行尝试。有如下两种方法

*  scheduledThreadPool.schedule(new Task(),1, TimeUnit.SECONDS); 只在当前时间后的delay时间执行一次
 *  scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Task(),2,3,TimeUnit.SECONDS);在当前时间后的初始时间后，以间隔每period时间执行一次

### newWorkStealingPool ###

newWorkStealingPool 是jdk1.8新增的一种线程池，newWorkStealingPool的源码为

public static ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism) {
            return new ForkJoinPool
                (parallelism,
                 ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
                 null, true);
        }

底层并没有使用原生的ThreadPoolExecutor而是用的ForkJoinPool 来实现的。 ForkJoinPool的优势在于，可以充分利用多cpu，多核cpu的优势，把一个任务拆分成多个“小任务”分发到不同的cpu核心上执行，执行完后再把结果收集到一起返回。

public class WorkStealingPool {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            ExecutorService  workStealingPool = Executors.newWorkStealingPool(2);
            for (int i = 1; i < 10; i++) {
                int finalI = i;
                workStealingPool.execute(() -> {
                    try {
                        System.out.println(finalI);
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
            }
            Thread.sleep(10000);//这里让主线程等待子线程执行完毕，也可以使用计数器的方式
            workStealingPool.shutdown();
        }
    }

### 总结 ###

上文主要介绍了几种线程池的用法，后续文章会继续探讨自定义线程池以及线程池的使用

> 欢迎搜索关注本人的公众号【微瞰技术】,以及总结的分类面试题[https://github.com/zhendiao/JavaInterview][https_github.com_zhendiao_JavaInterview]

![file][file 4]

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[file 1]: /images/20221022/9932e4bf0e35453fb5a2dec199e5ee4c.png
[file 2]: /images/20221022/a8dfb1d0021d466a82301cfcfc701638.png
[file 3]: /images/20221022/3a43c916caeb4df18db2ee7ae5833757.png
[https_github.com_zhendiao_JavaInterview]: https://github.com/zhendiao/JavaInterview
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