线程池 ThreadPoolExecutor 的详细讲解

小灰灰 2023-10-08 12:19 63阅读 0赞

#### **线程池的使用场景** ####

*  高并发、任务执行时间短的业务，线程池线程数可以设置为CPU核数+1，减少线程上下文的切换
 *  并发不高、任务执行时间长的业务要区分开看：

1.  假如是业务时间长集中在IO操作上，也就是IO密集型的任务，因为IO操作并不占用CPU，所以不要让所有的CPU闲下来，可以加大线程池中的线程数目，让CPU处理更多的业务
2.  假如是业务时间长集中在计算操作上，也就是计算密集型任务，线程池中的线程数设置得少一些，减少线程上下文的切换

*  并发高、业务执行时间长，解决这种类型任务的关键不在于线程池而在于整体架构的设计，看看这些业务里面某些数据是否能做缓存是第一步，增加服务器是第二步，至于线程池的设置，设置参考上面。最后，业务执行时间长的问题，也可能需要分析一下，看看能不能使用中间件对任务进行拆分和解耦

#### **线程池的作用** ####

线程使应用能够更加充分合理的协调利用cpu 、内存、网络、i/o等系统资源；线程的创建需要开辟虚拟机栈，本地方法栈、程序计数器等线程私有的内存空间；在线程的销毁时需要回收这些系统资源。频繁的创建和销毁线程会浪费大量的系统资源，增加并发编程的风险。

在服务器负载过大的时候，如何让新的线程等待或者友好的拒绝服务（也就是先不创建线程去执行该操作）？这些丢失线程自身无法解决的。所以需要通过线程池协调多个线程，并实现类似主次线程隔离、定时执行、周期执行等任务。

所以，线程池的作用包括：

*  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，如果无限制的创建，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的分配，监控和调优
 *  实现任务线程队列缓存策略和拒绝机制

#### **ThreadPoolExecutor 的构造函数** ####

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#### **参数介绍：** ####

*  corePoolSize （int）

表示常驻核心线程数。是指在没有任务需要执行的时候线程池的大小。如果等于0，则任务执行完成后，没有任何请求进入时销毁线程池的线程；如果大于0，即使本地任务执行完毕，核心线程也不会被销毁，保持这个线程数。这个值如果设置过大会浪费资源，设置的过小会导致线程频繁地创建和销毁。在刚刚创建ThreadPoolExecutor的时候，线程并不会立即启动，而是要等到有任务提交时才会启动，除非调用了prestartCoreThread/prestartAllCoreThreads事先启动核心线程。再考虑到keepAliveTime和allowCoreThreadTimeOut超时参数的影响，所以没有任务需要执行的时候，线程池的大小不一定是corePoolSize。

*  maximumPoolSize （int）

线程池中允许的最大线程数，线程池中的当前线程数目不会超过该值。如果队列中任务已满，并且当前线程个数小于maximumPoolSize，那么会创建新的线程来执行任务。这里值得一提的是largestPoolSize，该变量记录了线程池在整个生命周期中曾经出现的最大线程个数。为什么说是曾经呢？因为线程池创建之后，可以调用setMaximumPoolSize()改变运行的最大线程的数目。如果maximumPoolSize 与corePoolSize 相等，即是固定大小线程池

*  poolSize（这个不是构造函数的参数，是ThreadPoolExecutor的成员变量）

线程池中当前线程的数量，当该值为0的时候，意味着没有任何线程，线程池会终止；同一时刻，poolSize不会超过maximumPoolSize。

*  keepAliveTime （long）

表示线程池中的线程空闲时间，当线程的数量超过corePoolSize ，然后线程的空闲时间达到KeepAliveTime 值时，线程被销毁，直到剩下corePoolSize 个线程为止，避免浪费内存和句柄资源。在默认情况下，当线程池的线程大于corePoolSize 时，keepAliveTime 才会起作用。但是ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut 变量设置为ture时，核心线程超时后也会被回收（也就是poolSize小于corePoolSize 时，也会根据keepAliveTime进行销毁线程）。

*  TimeUnit （TimeUnit枚举）

表示时间单位。keepAliveTime 的时间单位通常是TimeUnit.SECONDS。

*  workQueue （BlockingQueue<Runnable>）

表示缓存队列。它决定了缓存任务的排队策略。对于不同的应用场景我们可能会采取不同的排队策略，这就需要不同类型的队列。这个队列需要一个实现了BlockingQueue接口的任务等待队列，推荐三种缓存队列，它们是：SynchronousQueue 、LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。当前请求的线程数poolSize大于corePoolSize，但是又小于maximumPoolSize时，线程进入BlockingQueue 阻塞队列。

*  threadFactory （ThreadFactory）

表示生产线程的工厂。它用来生产一组相同任务的线程。线程池的命名是通过给这个factory增加组名前缀来实现的。在虚拟机栈分析时，就可以知道线程任务是由哪个线程工厂产生的。

*  handler （RejectedExecutionHandler）

表示执行拒绝策略的对象。当要创建的线程数量大于线程池的最大线程数，并且缓存队列也满了的时候，新的任务就会被拒绝，就会调用这个接口里的这个方法。这是一种简单的限流保护。友好的拒绝策略可以使如下三种：

1.  保存到数据库进行削峰填谷。在空闲的时候再拿出来执行。
2.  转向某个提示页面。
3.  打印日志。

#### **如何来设置ThreadPoolExecutor****的参数** ####

需要根据几个值来决定

1.  tasks ：每秒的任务数，假设为500~1000
2.  taskcost：每个任务花费时间，假设为0.1s
3.  responsetime：系统允许容忍的最大响应时间，假设为1s

做几个计算

corePoolSize = 每秒需要多少个线程处理？

threadcount = tasks/(1/taskcost) =tasks\*taskcout = (500~1000)\*0.1 = 50~100 个线程。corePoolSize设置应该大于50

根据8020原则，如果80%的每秒任务数小于800，那么corePoolSize设置为80即可

queueCapacity = (coreSizePool/taskcost)\*responsetime

计算可得 queueCapacity = 80/0.1\*1 = 80。意思是队列里的线程可以等待1s，超过了的需要新开线程来执行

切记不能设置为Integer.MAX\_VALUE，这样队列会很大，线程数只会保持在corePoolSize大小，当任务陡增时，不能新开线程来执行，响应时间会随之陡增。

maxPoolSize = (max(tasks)- queueCapacity)/(1/taskcost)（最大任务数-队列容量）/每个线程每秒处理能力 = 最大线程数

计算可得 maxPoolSize = (1000-80)/10 = 92

rejectedExecutionHandler：根据具体情况来决定，任务不重要可丢弃，任务重要则要利用一些缓冲机制来处理

keepAliveTime和allowCoreThreadTimeout：采用默认通常能满足

#### **新提交一个任务时的处理流程：** ####

*  如果线程池的当前大小还没有达到基本大小(poolSize < corePoolSize)，那么就新增加一个线程处理新提交的任务；

*  如果当前大小已经达到了基本大小，就将新提交的任务提交到缓存队列排队，等候处理workQueue.offer(command)；

*  如果缓存队列容量已达上限，并且当前大小poolSize没有达到maximumPoolSize，那么就新增线程来处理任务；

*  如果缓存队列已满，并且当前线程数目也已经达到上限，那么意味着线程池的处理能力已经达到了极限，此时需要拒绝新增加的任务，调用拒绝策略。

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