对Java中线程池的理解

冷不防 2022-11-04 12:28 179阅读 0赞

> Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序 都可以使用线程池。

# 一、使用线程池的好处 #

在开发过程中，合理地使用线程池能够带来3个好处。

*  **降低资源消耗**
    
     *  通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
 *  **提高响应速度**
    
     *  当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
 *  **提高线程的可管理性**
    
     *  线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源， 还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。

# 二、线程池的实现原理 #

线程池处理任务的具体流程图如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
根据上图我们就很清晰的可以分析出线程池的工作原理是怎样的了。

*  **线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务**
    
     *  如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入下个流程
 *  **线程池判断工作队列是否已经满了**
    
     *  如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。
 *  **线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态**、
    
     *  如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给**饱和策略**来处理这个任务。

# 三、线程池的创建使用 #

我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。  
![参数列表][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 1、线程池的几个参数 ##

*  **corePoolSize**：核心线程数大小
    
     *  当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线 程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。
 *  **maximumPoolSize**：线程池允许创建的最大线程数
    
     *  如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。
 *  **BlockingQueue**：任务队列（建议使用**有界队列**）
    
     *  用于保存等待执行的任务的阻塞队列；可供选择的有：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue、PriorityBlockingQueue
 *  **ThreadFactory**：用于设置创建线程的工厂
    
     *  可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设 置更有意义的名字。
 *  **RejectedExecutionHandler**：饱和策略
    
     *  当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。
     *  **AbortPolicy**：直接抛出异常
     *  **CallerRunsPolicy**：只用调用者所在线程来运行任务
     *  **DiscardOldestPolicy**：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务
     *  **DiscardPolicy**：不处理，丢弃掉
 *  **keepAliveTime**：线程活动保持时间
    
     *  线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。所以， 如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大时间，提高线程的利用率
 *  **TimeUnit**：线程活动保持时间的单位
    
     *  可选的单位有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟 （MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微秒（MICROSECONDS，千分之一毫秒）和纳秒  
        （NANOSECONDS，千分之一微秒）。

## 2、向线程池提交任务 ##

两种方式：

*  **execute()**
    
     *  execute()方法用于提交**不需要返回值**的任务
 *  **submit()**
    
     *  submit()方法用于提交**需要返回值**的任务。线程池会返回一个**future**类型的对象，通过这个future对象可以判断任务**是否执行成功**，并且可以通过future的get()方法来**获取返回值**。

## 3、关闭线程池 ##

两种方式：调用线程池的**shutdown**或**shutdownNow**方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务 可能永远无法终止。

*  shutdown()
    
     *  只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。
 *  shutdownNow()
    
     *  首先将线程池的状态设置成 STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。

## 4、线程池的监控 ##

> 如果在系统中大量使用线程池，则有必要对线程池进行监控，方便在出现问题时，可以根据**线程池的使用状况快速定位问题**。可以通过**线程池提供的参数进行监控**，在监控线程池的时候可以使用以下属性。

*  **taskCount**：线程池需要执行的任务数量
 *  **completedTaskCount**：线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount
 *  **largestPoolSize**：线程池里曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否曾经满过。如该数值等于线程池的最大大小，则表示线程池曾经满过
 *  **getPoolSize**：线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话，线程池里的线程不会自动销毁，所以这个大小只增不减
 *  **getActiveCount**：获取活动的线程数

# 四、Executor框架 #

> 在Java中，使用线程来异步执行任务。Java线程的创建与销毁需要一定的开销，如果我们为每一个任务创建一个新线程来执行，这些线程的创建与销毁将消耗大量的计算资源。同时， 为每一个任务创建一个新线程来执行，这种策略可能会使处于高负荷状态的应用最终崩溃。  
> Java的线程既是工作单元，也是执行机制。从JDK 5开始，把工作单元与执行机制分离开来。工作单元包括Runnable和Callable，而**执行机制由Executor框架提供**。

## 1、Executor框架的两级调度模型 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
从图中可以看出，应用程序通过Executor框架控制上层的调度；而下层的调度由操作系统内核控制，下层的调度不受应用程序的控制。

## 2、Executor框架的结构 ##

Executor框架主要由3大部分组成如下。

*  **任务**
    
     *  包括被执行任务需要实现的接口：Runnable接口或Callable接口。
 *  **任务的执行**
    
     *  包括任务执行机制的核心接口**Executor**，以及继承自Executor的 ExecutorService接口。Executor框架有两个关键类实现了ExecutorService接口 （**ThreadPoolExecutor**和**ScheduledThreadPoolExecutor**）。
 *  **异步计算的结果**
    
     *  包括接口Future和实现Future接口的FutureTask类

## 3、Executor框架包含的主要的类与接口（成员） ##

*  **Executor**是一个接口，它是Executor框架的基础，它将任务的提交与任务的执行分离开来
 *  **ThreadPoolExecutor**是线程池的核心实现类，用来执行被提交的任务
 *  **ScheduledThreadPoolExecutor**是一个实现类，可以在给定的延迟后运行命令，或者定期执 行命令。ScheduledThreadPoolExecutor比Timer更灵活，功能更强大。
 *  **Future**接口和实现Future接口的FutureTask类，代表异步计算的结果
 *  **Runnable**接口和**Callable**接口的实现类，都可以被ThreadPoolExecutor或Scheduled- ThreadPoolExecutor执行

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221023/7ea4640ba0c6405d9c6e526f1e4f341d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221023/fea87fd345fa48cc86c4cf4605546389.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221023/275049d001f547729538f8e605e5cb50.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221023/6d4730b27e2a48c996cee93009050692.png