【Java|多线程与高并发】线程池详解

左手的ㄟ右手 2023-10-12 21:54 56阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  1. 线程池简介
 *  2. 创建线程池
 *  3. 工厂模式简介
 *  4. 线程池的使用
 *  5. 实现线程池
 *  6. ThreadPoolExecutor的构造方法讲解
 *  7. 线程池的线程数量,如何确定?

![在这里插入图片描述][af8729750a23419296e81c8a2686ab99.gif_pic_center]

## 1. 线程池简介 ##

Java线程池是一种用于管理和重用线程的机制，它可以在需要执行任务时，从线程池中获取线程，执行任务，然后将线程放回池中，以便后续使用。线程池可以有效地管理线程的数量，提高程序的性能和资源利用率。

为什么从线程池里面取线程比直接创建线程快呢?

> 创建线程是要在操作系统内核中完成的,涉及"用户态"到"内核态"切换操作. 这个切换是有一定开销的. 而线程池取线程是纯的用户态实现.

## 2. 创建线程池 ##

注意这里线程池创建的写法:

ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

这里并没有new,而是通过`Executors`的静态方法`newCachedThreadPool`来创建的,这里涉及到一种设计模式-“工厂模式”

## 3. 工厂模式简介 ##

工厂模式（Factory Pattern）是一种创建对象的设计模式，它提供了一种封装对象创建过程的方式，使得客户端代码与具体对象的实例化过程解耦。

> 工厂模式的主要目的是通过一个工厂类来创建对象，而不是直接在客户端代码中使用`new`关键字来实例化对象。这样可以隐藏具体对象的创建细节，提供更灵活、可扩展的设计。

详细可参考:[工厂模式 | 菜鸟教程 ][_ _]

## 4. 线程池的使用 ##

线程池的使用很简单,只需要实现`submit`方法即可

public class Demo19 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
            executorService.submit(new Runnable() {
        
                @Override
                public void run() {
        
                    System.out.println("线程执行的任务1");
                }
            });
            executorService.submit(new Runnable() {
        
                @Override
                public void run() {
        
                    System.out.println("线程执行的任务2");
                }
            });
            executorService.submit(new Runnable() {
        
                @Override
                public void run() {
        
                    System.out.println("线程执行的任务3");
                }
            });
        }
    }

这里主要是将任务放到线程池中,线程池里的线程就会去执行这些任务

运行结果:

![在这里插入图片描述][2dd19712fd5946818d6d3619d1d8bc7d.png_pic_center]

## 5. 实现线程池 ##

要想实现线程池,要先弄清楚线程池有哪些功能.

一个线程池中可以同时提交N个任务,线程池里有M个线程来执行这N个任务

如何将N个任务分配给M个线程呢?

> 可以使用生产者-消费者模型解决这个问题.

以下是一个线程池的简易实现:

public class MyThreadPool {
        
        private BlockingQueue<Runnable> blockingQueue = new public class MyThreadPool {
        
        private BlockingQueue<Runnable> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
    
        public void submit(Runnable runnable) throws InterruptedException {
        
            // 将任务添加到阻塞队列中
            blockingQueue.put(runnable);
        }
    
        public MyThreadPool(int m){
        
            // 创建m个线程
            for (int i = 0; i < m; i++) {
        
                Thread t = new Thread(() ->{
        
                    // 让它一直扫描阻塞队列
                    while (true) {
        
                        try {
        
                            // 取出任务,并执行
                            Runnable runnable = blockingQueue.take();
                            runnable.run();
                        } catch (InterruptedException e) {
        
                            throw new RuntimeException(e);
                        }
                    }
                });
                t.start();
            }
        }
    }

测试上述代码:

public class Demo20 {
        
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        
            MyThreadPool pool = new MyThreadPool(5);
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                int temp = i;
                pool.submit(new Runnable() {
        
                    @Override
                    public void run() {
        
                        System.out.println("任务"+ temp);
                    }
                });
            }
        }
    }

运行结果:

![在这里插入图片描述][8e8da82699af43ef9f969d3aa15af3f1.png_pic_center]

不过上述代码中创建的线程数量是"固定"的,可根据需要自行调整

## 6. ThreadPoolExecutor的构造方法讲解 ##

`ThreadPoolExecutor`是Java中线程池的一个具体实现类，它`实现`了ExecutorService接口。ExecutorService是一个高级的线程池管理接口，提供了更多的灵活性和功能。

而`ThreadPoolExecutor`这个类的构造方法比较复杂  
![在这里插入图片描述][dca11bd419f541bb942eaf2a17d1d56a.png_pic_center]

参数:

*  `corePoolSize` \- 即使空闲时仍保留在池中的线程数，除非设置 `allowCoreThreadTimeOut`
 *  `maximumPoolSize` \- 池中允许的最大线程数
 *  `keepAliveTime` \- 当线程数大于内核时，这是多余的空闲线程在终止前`等待新任务`的最大时间。
 *  `unit` \- `keepAliveTime`参数的时间单位
 *  `workQueue` \- 用于在执行任务之前使用的队列。 这个队列将仅保存`execute`方法提交的`Runnable`任务。(自己传入的任务队列,如果传了就用传入的队列.如果不传,就线程池就去创建)
 *  `threadFactory` \- 执行程序创建新线程时使用的工厂
 *  `handler` \-任务执行被拒绝时使用的处理程序，因为达到线程限制和队列容量

任务执行被拒绝时使用的程序有以下四个:

![在这里插入图片描述][7b6f3fd6e683413598a65d81d0394d06.png_pic_center]

实际开发中,主要根据需求选择这里的拒绝策略进行处理.

## 7. 线程池的线程数量,如何确定? ##

线程池可以自定义线程的数量

那么在实际开发中,线程池的线程数量设置成多少比较合适?

> 这个问题主要取决于以下几点:
> 
> 1.  任务类型：不同类型的任务对线程数量的需求不同。如果是CPU密集型任务，通常线程数量应该与CPU核心数相近，以充分利用CPU资源。如果是IO密集型任务，可以设置较多的线程数量，以便处理并发的IO操作。
> 2.  系统资源：需要考虑系统的硬件资源和性能。如果系统资源有限，例如内存、CPU等，线程数量应适当控制，避免过多的线程导致资源竞争和性能下降。
> 3.  并发量：需要根据任务的并发量来确定线程数量。如果任务并发量较高，可以增加线程数量以提高任务处理能力。如果任务并发量较低，可以减少线程数量以节省资源。
> 4.  响应时间：需要考虑任务的响应时间要求。如果任务需要快速响应，可以增加线程数量以减少等待时间。如果任务的响应时间可以接受较长的延迟，可以减少线程数量以节省资源。
> 5.  线程池类型：不同类型的线程池有不同的线程数量限制。例如，FixedThreadPool固定线程池的线程数量是固定的，CachedThreadPool可缓存线程池的线程数量是动态调整的。

这个问题要考虑的因素有很多,最简单的方法就是去`测试`

将线程分为设置成不同的数量,然后观察系统的性能和任务的执行情况，根据需要逐步调整线程数量，找到最优的配置。

![在这里插入图片描述][7f95be23a3e24a5a8e8a9d876983d159.gif_pic_center]

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[Java]: https://blog.csdn.net/m0_63463510/category_11797418.html
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