java并发原理实战(13)--线程池和Executors

超、凢脫俗 2023-07-03 08:12 12阅读 0赞

### 线程池 ###

*  一. 线程池简介
 *   *  1. 线程池的概念：
     *  2. 线程池的工作机制
     *  3. 使用线程池的原因：
 *  二. 5种常见的线程池详解
 *   *  1. 线程池的返回值ExecutorService简介：
     *  2. 具体的5种常用的线程池实现如下：（返回值都是ExecutorService）
     *   *  ①Executors.newCacheThreadPool()：
         *  ② Executors.newFixedThreadPool(int n)：
         *  ③Executors.newScheduledThreadPool(int n)
         *  ④ Executors.newSingleThreadExecutor()：
         *  ⑤ Executors.newWorkStealingPool()：
 *  三. 缓冲队列BlockingQueue和自定义线程池ThreadPoolExecutor
 *   *  1.缓冲队列BlockingQueue简介：
     *  2.常用的几种BlockingQueue：
     *  3.自定义线程池（ThreadPoolExecutor和BlockingQueue连用）：

# 一. 线程池简介 #

## 1. 线程池的概念： ##

线程池就是首先创建一些线程，它们的集合称为线程池。使用线程池可以很好地提高性能，线程池在系统启动时即创建大量空闲的线程，程序将一个任务传给线程池，线程池就会启动一条线程来执行这个任务，执行结束以后，该线程并不会死亡，而是再次返回线程池中成为空闲状态，等待执行下一个任务。

## 2. 线程池的工作机制 ##

在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接提交给某个线程，线程池在拿到任务后，就在内部寻找是否有空闲的线程，如果有，则将任务交给某个空闲的线程。

一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务。

## 3. 使用线程池的原因： ##

多线程运行时间，系统不断的启动和关闭新线程，成本非常高，会过渡消耗系统资源，以及过渡切换线程的危险，从而可能导致系统资源的崩溃。这时，线程池就是最好的选择了。

# 二. 5种常见的线程池详解 #

## 1. 线程池的返回值ExecutorService简介： ##

ExecutorService是Java提供的用于管理线程池的接口。该接口的两个作用：控制线程数量和重用线程

## 2. 具体的5种常用的线程池实现如下：（返回值都是ExecutorService） ##

### ①Executors.newCacheThreadPool()： ###

可缓存线程池，先查看池中有没有以前建立的线程，如果有，就直接使用。如果没有，就建一个新的线程加入池中，缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务

示例代码：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
     import java.util.concurrent.Executors;
     
     public class ThreadPoolExecutorTest { 
         public static void main(String[] args) { 
             //创建一个可缓存线程池
             ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
             for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                 try { 
                     //sleep可明显看到使用的是线程池里面以前的线程，没有创建新的线程
                     Thread.sleep(1000);
                 } catch (InterruptedException e) { 
                     e.printStackTrace();
                 }
                 cachedThreadPool.execute(new Runnable() { 
                     public void run() { 
                         //打印正在执行的缓存线程信息
                         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被执行");
                     }
                 });
             }
         }
     }

输出结果：

pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行

线程池为无限大，当执行当前任务时上一个任务已经完成，会复用执行上一个任务的线程，而不用每次新建线程

### ② Executors.newFixedThreadPool(int n)： ###

创建一个可重用固定个数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。

*示例代码：*

import java.util.concurrent.ExecutorService;
     import java.util.concurrent.Executors;
     
     public class ThreadPoolExecutorTest { 
         public static void main(String[] args) { 
             //创建一个可重用固定个数的线程池
             ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
             for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                 fixedThreadPool.execute(new Runnable() { 
                     public void run() { 
                         try { 
                             //打印正在执行的缓存线程信息
                             System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被执行");
                             Thread.sleep(2000);
                         } catch (InterruptedException e) { 
                             e.printStackTrace();
                         }
                     }
                 });
             }
         }
     }

输出结果：

pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-2正在被执行  
pool-1-thread-3正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-2正在被执行  
pool-1-thread-3正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-2正在被执行  
pool-1-thread-3正在被执行  
pool-1-thread-1正在被执行

因为线程池大小为3，每个任务输出打印结果后sleep 2秒，所以每两秒打印3个结果。  
定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

### ③Executors.newScheduledThreadPool(int n) ###

创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行

*延迟执行示例代码：*

import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    public class ThreadPoolExecutorTest { 
        public static void main(String[] args) { 
            //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
            ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
            //延迟1秒执行
            scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() { 
                public void run() { 
                    System.out.println("延迟1秒执行");
                }
            }, 1, TimeUnit.SECONDS);
        }
    }

输出结果：延迟1秒执行

定期执行示例代码：

import java.util.concurrent.Executors;
     import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
     import java.util.concurrent.TimeUnit;
     
     public class ThreadPoolExecutorTest { 
         public static void main(String[] args) { 
             //创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行——定期执行
             ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
             //延迟1秒后每3秒执行一次
             scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() { 
                 public void run() { 
                     System.out.println("延迟1秒后每3秒执行一次");
                 }
             }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
         }
     }

输出结果：

延迟1秒后每3秒执行一次  
延迟1秒后每3秒执行一次  
…

### ④ Executors.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。

*示例代码：*

import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    public class TestThreadPoolExecutor { 
        public static void main(String[] args) { 
            //创建一个单线程化的线程池
            ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
            for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                final int index = i;
                singleThreadExecutor.execute(new Runnable() { 
                    public void run() { 
                        try { 
                            //结果依次输出，相当于顺序执行各个任务
                            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被执行,打印的值是:"+index);
                            Thread.sleep(1000);
                        } catch (InterruptedException e) { 
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                });
            }
        }
    }

pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:0  
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:1  
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:2  
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:3  
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:4  
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:5  
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:6  
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:7  
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:8  
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:9

### ⑤ Executors.newWorkStealingPool()： ###

jdk1.8新增的： 每个线程都有要处理的队列中的任务，如果其中的线程完成自己队列中的任务，

那么它可以去其他线程中获取其他线程的任务去执行

import java.io.IOException;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
     
    /** * 线程池 * 1.固定个数的线程池 * 2.缓存线程池，开始线程数0 * 如果需要线程，当前线程池没有，那么创建线程池 * 如果需要线程，线程池中有没有使用的线程，那么使用已经存在的线程 * 如果线程池中线程超过60秒(默认)没有使用，那么该线程停止 * 3.只有1个线程的线程池 * 保证线程执行的先后顺序 * 4.ScheduledPool * 和DelayedQueue类似,定时执行 * 5.WorkStealingPool(任务窃取，都是守护线程) * 每个线程都有要处理的队列中的任务，如果其中的线程完成自己队列中的任务， * 那么它可以去其他线程中获取其他线程的任务去执行 */
    public class Demo { 
        /* 4 1000:ForkJoinPool-1-worker-1 1000:ForkJoinPool-1-worker-0 2000:ForkJoinPool-1-worker-2 3000:ForkJoinPool-1-worker-3 2000:ForkJoinPool-1-worker-1 public static ExecutorService newWorkStealingPool() { return new ForkJoinPool (Runtime.getRuntime().availableProcessors(), ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory, null, true); } */
        public static void main(String[] args) throws IOException { 
            // 根据cpu是几核来开启几个线程
            ExecutorService service = Executors.newWorkStealingPool();
            // 查看当前计算机是几核
            System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
            service.execute(new R(1000));
            service.execute(new R(2000));
            service.execute(new R(3000));
            service.execute(new R(1000));
            service.execute(new R(2000));
     
            // WorkStealing是精灵线程(守护线程、后台线程)，主线程不阻塞，看不到输出。
            // 虚拟机不停止，守护线程不停止
            System.in.read();
        }
     
        static class R implements Runnable { 
            int time;
     
            public R(int time) { 
                this.time = time;
            }
     
            @Override
            public void run() { 
                try { 
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(time);
                } catch (InterruptedException e) { 
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(time + ":" + Thread.currentThread().getName());
            }
        }
    }

原文链接：https://blog.csdn.net/mediocre117/article/details/73374876

# 三. 缓冲队列BlockingQueue和自定义线程池ThreadPoolExecutor #

## 1.缓冲队列BlockingQueue简介： ##

BlockingQueue是双缓冲队列。BlockingQueue内部使用两条队列，允许两个线程同时向队列一个存储，一个取出操作。在保证并发安全的同时，提高了队列的存取效率。

## 2.常用的几种BlockingQueue： ##

*  ArrayBlockingQueue（int i）:规定大小的BlockingQueue，其构造必须指定大小。其所含的对象是FIFO顺序排序的。
 *  LinkedBlockingQueue（）或者（int i）:大小不固定的BlockingQueue，若其构造时指定大小，生成的BlockingQueue有大小限制，不指定大小，其大小有Integer.MAX\_VALUE来决定。其所含的对象是FIFO顺序排序的。
 *  PriorityBlockingQueue（）或者（int i）:类似于LinkedBlockingQueue，但是其所含对象的排序不是FIFO，而是依据对象的自然顺序或者构造函数的Comparator决定。
 *  SynchronizedQueue（）:特殊的BlockingQueue，对其的操作必须是放和取交替完成。

## 3.自定义线程池（ThreadPoolExecutor和BlockingQueue连用）： ##

*自定义线程池，可以用ThreadPoolExecutor类创建，它有多个构造方法来创建线程池。*

*常见的构造函数：ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue)*

示例代码：

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
    import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    class TempThread implements Runnable { 
    
        @Override
        public void run() { 
            // 打印正在执行的缓存线程信息
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在被执行");
            try { 
                // sleep一秒保证3个任务在分别在3个线程上执行
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) { 
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
    }
    
    public class TestThreadPoolExecutor { 
        public static void main(String[] args) { 
            // 创建数组型缓冲等待队列
            BlockingQueue<Runnable> bq = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10);
            // ThreadPoolExecutor:创建自定义线程池，池中保存的线程数为3，允许最大的线程数为6
            ThreadPoolExecutor tpe = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 50, TimeUnit.MILLISECONDS, bq);
    
            // 创建3个任务
            Runnable t1 = new TempThread();
            Runnable t2 = new TempThread();
            Runnable t3 = new TempThread();
            // Runnable t4 = new TempThread();
            // Runnable t5 = new TempThread();
            // Runnable t6 = new TempThread();
    
            // 3个任务在分别在3个线程上执行
            tpe.execute(t1);
            tpe.execute(t2);
            tpe.execute(t3);
            // tpe.execute(t4);
            // tpe.execute(t5);
            // tpe.execute(t6);
    
            // 关闭自定义线程池
            tpe.shutdown();
        }
    }

输出结果：

pool-1-thread-1正在被执行  
pool-1-thread-2正在被执行  
pool-1-thread-3正在被执行

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完