java四种线程池的使用

骑猪看日落 2023-01-13 10:54 8阅读 0赞

## **一、四种线程池 ** ##

Java通过Executors提供四种线程池，分别为

1.  newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
2.  newFixedThreadPool  创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
3.  newScheduledThreadPool 创建一个可定期或者延时执行任务的定长线程池，支持定时及周期性任务执行。 
4.  newCachedThreadPool 创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。

## 二、核心类 ##

四种线程池本质都是创建ThreadPoolExecutor类，ThreadPoolExecutor构造参数如下

1. int corePoolSize, 核心线程大小
2. int maximumPoolSize,最大线程大小
3. long keepAliveTime, 超过corePoolSize的线程多久不活动被销毁时间
4. TimeUnit unit,时间单位
5. BlockingQueue<Runnable> workQueue 任务队列
6. ThreadFactory threadFactory 线程池工厂
7. RejectedExecutionHandler handler 拒绝策略

## 三、阻塞队列 ##

1.  ArrayBlockingQueue ：一个由数组结构组成的有界阻塞队列
2.  LinkedBlockingQueue ：一个由链表结构组成的有界阻塞队列（常用）
3.  PriorityBlockingQueue ：一个支持优先级排序的无界阻塞队列
4.  DelayQueue： 一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列
5.  SynchronousQueue： 一个不存储元素的阻塞队列（常用）
6.  LinkedTransferQueue： 一个由链表结构组成的无界阻塞队列
7.  LinkedBlockingDeque： 一个由链表结构组成的双向阻塞队列

## **四、四种默认线程池源码初步分析** ##

* ![复制代码][48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]
 
 public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
 return new FinalizableDelegatedExecutorService
 (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
 new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
 }
 
 public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
 return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
 60L, TimeUnit.SECONDS,
 new SynchronousQueue<Runnable>());
 }
 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
 return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
 new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
 }
 
 //创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行
 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
 int maximumPoolSize,
 long keepAliveTime,
 TimeUnit unit,
 BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
 this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
 Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
 }
 
 ![复制代码][48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]
 * 查看源码，四种线程池都是创建了ThreadPollExecutor对象，只是传递的参数不一样而已，观察传入的workQueue 都是默认，即最大可添加Integer.MAX\_VALUE个任务，这也就是阿里巴巴java开发规范禁止直接使用java提供的默认线程池的原因了

## **五、线程池任务执行流程** ##

1.  当线程池小于corePoolSize时，新提交任务将创建一个新线程执行任务，即使此时线程池中存在空闲线程。
2.  当线程池达到corePoolSize时，新提交任务将被放入workQueue中，等待线程池中任务调度执行
3.  当workQueue已满，且maximumPoolSize>corePoolSize时，新提交任务会创建新线程执行任务
4.  当提交任务数超过maximumPoolSize时，新提交任务由RejectedExecutionHandler处理
5.  当线程池中超过corePoolSize线程，空闲时间达到keepAliveTime时，释放空闲线程
6.  当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，该参数默认false，线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭

## **六、使用场景详解** ##

newCachedThreadPool：

* 底层：返回ThreadPoolExecutor实例，corePoolSize为0；maximumPoolSize为Integer.MAX\_VALUE；keepAliveTime为60L；时间单位TimeUnit.SECONDS；workQueue为SynchronousQueue(同步队列)
 * 通俗：当有新任务到来，则插入到SynchronousQueue中，由于SynchronousQueue是同步队列，因此会在池中寻找可用线程来执行，若有可以线程则执行，若没有可用线程则创建一个线程来执行该任务；若池中线程空闲时间超过指定时间，则该线程会被销毁。
 * 适用：执行很多短期的异步任务
 * ![复制代码][48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]
 
 /**
 * 1.创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程 
 * 2.当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务 
 * 3.此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小 
 */
 public static void cacheThreadPool() {
 ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
 for (int i = 1; i <= 10; i++) {
 final int ii = i;
 try {
 Thread.sleep(ii * 1);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 cachedThreadPool.execute(()->out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行" + ii));
 }
 }
 -----output------
 线程名称：pool-1-thread-1，执行1
 线程名称：pool-1-thread-1，执行2
 线程名称：pool-1-thread-1，执行3
 线程名称：pool-1-thread-1，执行4
 线程名称：pool-1-thread-1，执行5
 线程名称：pool-1-thread-1，执行6
 线程名称：pool-1-thread-1，执行7
 线程名称：pool-1-thread-1，执行8
 线程名称：pool-1-thread-1，执行9
 线程名称：pool-1-thread-1，执行10
 
 ![复制代码][48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]

newFixedThreadPool：

* 底层：返回ThreadPoolExecutor实例，接收参数为所设定线程数量n，corePoolSize和maximumPoolSize均为n；keepAliveTime为0L；时间单位TimeUnit.MILLISECONDS；WorkQueue为：new LinkedBlockingQueue<Runnable>() 无界阻塞队列
 * 通俗：创建可容纳固定数量线程的池子，每个线程的存活时间是无限的，当池子满了就不再添加线程了；如果池中的所有线程均在繁忙状态，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
 * 适用：执行长期任务
 * ![复制代码][48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]
 
 /**
 * 1.创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小 
 * 2.线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程 
 * 3.因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字，和线程名称 
 */
 public static void fixTheadPoolTest() {
 ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
 for (int i = 0; i < 10; i++) {
 final int ii = i;
 fixedThreadPool.execute(() -> {
 out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行" + ii);
 try {
 Thread.sleep(2000);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 });
 }
 }
 ------output-------
 线程名称：pool-1-thread-3，执行2
 线程名称：pool-1-thread-1，执行0
 线程名称：pool-1-thread-2，执行3
 线程名称：pool-1-thread-3，执行4
 线程名称：pool-1-thread-1，执行5
 线程名称：pool-1-thread-2，执行6
 线程名称：pool-1-thread-3，执行7
 线程名称：pool-1-thread-1，执行8
 线程名称：pool-1-thread-3，执行9
 
 ![复制代码][48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]

newSingleThreadExecutor:

* 底层：FinalizableDelegatedExecutorService包装的ThreadPoolExecutor实例，corePoolSize为1；maximumPoolSize为1；keepAliveTime为0L；时间单位TimeUnit.MILLISECONDS；workQueue为：new LinkedBlockingQueue<Runnable>() 无解阻塞队列
 * 通俗：创建只有一个线程的线程池，当该线程正繁忙时，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
 * 适用：按顺序执行任务的场景
 * ![复制代码][48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]
 
 /** 
 *创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行
 */
 public static void singleTheadPoolTest() {
 ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
 for (int i = 0; i < 10; i++) {
 final int ii = i;
 pool.execute(() -> out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + ii));
 }
 }
 
 -----output-------
 
  线程名称：pool-1-thread-1，执行0 
  线程名称：pool-1-thread-1，执行1 
  线程名称：pool-1-thread-1，执行2 
  线程名称：pool-1-thread-1，执行3 
  线程名称：pool-1-thread-1，执行4 
  线程名称：pool-1-thread-1，执行5 
  线程名称：pool-1-thread-1，执行6 
  线程名称：pool-1-thread-1，执行7 
  线程名称：pool-1-thread-1，执行8 
  线程名称：pool-1-thread-1，执行9
 
 ![复制代码][48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]

NewScheduledThreadPool:

* 底层：创建ScheduledThreadPoolExecutor实例，该对象继承了ThreadPoolExecutor，corePoolSize为传递来的参数，maximumPoolSize为Integer.MAX\_VALUE；keepAliveTime为0；时间单位TimeUnit.NANOSECONDS；workQueue为：new DelayedWorkQueue() 一个按超时时间升序排序的队列
 * 通俗：创建一个固定大小的线程池，线程池内线程存活时间无限制，线程池可以支持定时及周期性任务执行，如果所有线程均处于繁忙状态，对于新任务会进入DelayedWorkQueue队列中，这是一种按照超时时间排序的队列结构
 * 适用：执行周期性任务
 * ![复制代码][48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]
 
 /**
 * 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行
 */
 public static void sceduleThreadPool() {
 ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
 Runnable r1 = () -> out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行:3秒后执行");
 scheduledThreadPool.schedule(r1, 3, TimeUnit.SECONDS);
 Runnable r2 = () -> out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行:延迟2秒后每3秒执行一次");
 scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(r2, 2, 3, TimeUnit.SECONDS);
 Runnable r3 = () -> out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行:普通任务");
 for (int i = 0; i < 5; i++) {
 scheduledThreadPool.execute(r3);
 }
 }
 ----output------
 线程名称：pool-1-thread-1，执行:普通任务
 线程名称：pool-1-thread-5，执行:普通任务
 线程名称：pool-1-thread-4，执行:普通任务
 线程名称：pool-1-thread-3，执行:普通任务
 线程名称：pool-1-thread-2，执行:普通任务
 线程名称：pool-1-thread-1，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
 线程名称：pool-1-thread-5，执行:3秒后执行
 线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
 线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
 线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
 线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
 
 ![复制代码][48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]

## **七、备注：** ##

*  一般如果线程池任务队列采用LinkedBlockingQueue队列的话，那么不会拒绝任何任务（因为其大小为Integer.MAX\_VALUE），这种情况下，ThreadPoolExecutor最多仅会按照最小线程数corePoolSize来创建线程，也就是说线程池大小被忽略了。
 *  如果线程池任务队列采用ArrayBlockingQueue队列，初始化设置了最大队列数。那么ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize才会生效，那么ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize才会生效会采用新的算法处理任务，
 *  例如假定线程池的最小线程数为4，最大为8，ArrayBlockingQueue最大为10。随着任务到达并被放到队列中，线程池中最多运行4个线程（即核心线程数）直到队列完全填满，也就是说等待状态的任务小于等于10，ThreadPoolExecutor也只会利用4个核心线程线程处理任务。
 *  如果队列已满，而又有新任务进来，此时才会启动一个新线程，这里不会因为队列已满而拒接该任务，相反会启动一个新线程。新线程会运行队列中的第一个任务，为新来的任务腾出空间。如果线程数已经等于最大线程数，任务队列也已经满了，则线程池会拒绝这个任务，默认拒绝策略是抛出异常。
 *  这个算法背的理念是：该池大部分时间仅使用核心线程（4个），即使有适量的任务在队列中等待运行。这时线程池就可以用作节流阀。如果挤压的请求变得非常多，这时该池就会尝试运行更多的线程来清理；这时第二个节流阀—最大线程数就起作用了。

[48304ba5e6f9fe08f3fa1abda7d326ab.png]: /images/20221022/d66739cf08ee4d57a1b304c95946200d.png