【多线程】（五）工厂模式和线程池

青旅半醒 2023-10-13 17:33 6阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、工厂模式
 *  二、线程池
 *   *  2.1 什么是线程池
     *  2.2 Executor 工厂类创建线程池
     *  2.3 ThreadPoolExecutor类创建线程池
 *  三、线程池的实现

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# 一、工厂模式 #

在Java中，**工厂模式是一种创建对象的设计模式，它通过提供一个共同的接口来实例化对象，而不暴露具体实现的细节**。工厂模式可以帮助我们解耦对象的创建和使用，提供了一种灵活的方式来创建对象。

在工厂模式中，**通常有一个抽象的工厂接口，该接口定义了创建对象的方法**。然后，有一个或多个具体的工厂类实现这个接口，每个工厂类负责创建一种具体类型的对象。

下面是一个简单的示例，演示了在Java中如何使用工厂模式：

首先，我们定义一个抽象的产品接口：

public interface Product {
        
        void doSomething();
    }

然后，我们创建两个具体的产品类，实现产品接口：

public class ConcreteProduct1 implements Product {
        
        @Override
        public void doSomething() {
        
            System.out.println("ConcreteProduct1 do something");
        }
    }
    
    public class ConcreteProduct2 implements Product {
        
        @Override
        public void doSomething() {
        
            System.out.println("ConcreteProduct2 do something");
        }
    }

接下来，我们定义一个抽象的工厂接口：

public interface Factory {
        
        Product createProduct();
    }

然后，我们创建两个具体的工厂类，实现工厂接口：

public class ConcreteFactory1 implements Factory {
        
        @Override
        public Product createProduct() {
        
            return new ConcreteProduct1();
        }
    }
    
    public class ConcreteFactory2 implements Factory {
        
        @Override
        public Product createProduct() {
        
            return new ConcreteProduct2();
        }
    }

最后，我们可以使用工厂来创建具体的产品对象，而不需要直接实例化具体的产品类：

public class Main {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Factory factory1 = new ConcreteFactory1();
            Product product1 = factory1.createProduct();
            product1.doSomething();
    
            Factory factory2 = new ConcreteFactory2();
            Product product2 = factory2.createProduct();
            product2.doSomething();
        }
    }

运行上述示例，将会输出以下内容：

ConcreteProduct1 do something
    ConcreteProduct2 do something

这样，我们通过工厂模式，实现了创建产品对象的过程和具体产品的实现相分离，客户端只需要通过工厂接口创建产品对象，而不需要关心具体的产品类。这种设计模式使得系统更具有灵活性和可扩展性。

# 二、线程池 #

## 2.1 什么是线程池 ##

线程池是Java中的一个重要概念，它是一种**管理和复用线程的机制**。线程池维护着一个线程队列，其中包含着多个准备好的线程。当**有任务需要执行时，线程池中的线程可以被分配来执行任务，执行完成后又可以返回线程池以供下一次使用**。

引入线程池的主要目的是为了**提高系统的性能和资源利用率**。以下是引入线程池的一些好处：

> 1.  减少线程创建和销毁的开销
> 2.  控制并发线程的数量
> 3.  提高响应速度和吞吐量
> 4.  提供线程管理和监控
> 5.  任务队列和调度策略

## 2.2 Executor 工厂类创建线程池 ##

Java中的`java.util.concurrent.Executors`类提供了一个工厂方法来创建不同类型的线程池。这个工厂类提供了一些方便的方法来创建常见类型的线程池。以下是一些常用的线程池创建方法：

1.  FixedThreadPool（固定大小线程池）：创建一个固定大小的线程池，一旦线程池达到最大线程数量，其他任务会等待。可以使用 `Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)` 方法创建。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
    executor.submit(new MyTask()); // 提交任务给线程池执行
    executor.shutdown(); // 关闭线程池

1.  CachedThreadPool（缓存线程池）：根据需要创建新线程，但如果有空闲线程则复用。如果线程空闲时间超过指定的时间（默认为60秒），则会被终止并从线程池中移除。可以使用 `Executors.newCachedThreadPool()` 方法创建。

ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
    executor.submit(new MyTask()); // 提交任务给线程池执行
    executor.shutdown(); // 关闭线程池

1.  SingleThreadExecutor（单线程线程池）：只创建一个线程的线程池，保证所有任务按顺序执行。可以使用 `Executors.newSingleThreadExecutor()` 方法创建。

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    executor.submit(new MyTask()); // 提交任务给线程池执行
    executor.shutdown(); // 关闭线程池

1.  newScheduledThreadPool(定时线程池)：创建一个固定大小的线程池，可用于执行定时任务和周期性任务。

ExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(3);
    executor.submit(new MyTask()); // 提交任务给线程池执行
    executor.shutdown(); // 关闭线程池

这些线程池的使用方法类似，通过 `submit()` 方法提交任务给线程池执行，`shutdown()` 方法用于关闭线程池。可以根据实际需求选择适合的线程池类型，并根据需要调整线程池的大小和配置。

## 2.3 ThreadPoolExecutor类创建线程池 ##

`Executors` 本质上是对 `ThreadPoolExecutor` 类的封装，`ThreadPoolExecutor`类是`ExecutorService`接口的实现，它**提供了更灵活的线程池创建和配置选项**。通过使用`ThreadPoolExecutor`类，可以**自定义线程池的行为、线程数量、任务队列、拒绝策略**等。

`ThreadPoolExecutor` 提供了更多的可选参数，可以进一步细化线程池行为的设定，以下是`ThreadPoolExecutor`类的构造函数及其说明：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">构造函数</th> 
   <th align="left">说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue&lt;Runnable&gt; workQueue)</code></td> 
   <td align="left">创建一个线程池，具有指定的核心线程数、最大线程数和任务队列，使用默认的拒绝策略。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue&lt;Runnable&gt; workQueue, RejectedExecutionHandler handler)</code></td> 
   <td align="left">创建一个线程池，具有指定的核心线程数、最大线程数、任务队列和拒绝策略。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue&lt;Runnable&gt; workQueue, ThreadFactory threadFactory)</code></td> 
   <td align="left">创建一个线程池，具有指定的核心线程数、最大线程数、任务队列和线程工厂。线程工厂用于创建线程的实例。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue&lt;Runnable&gt; workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)</code></td> 
   <td align="left">创建一个线程池，具有指定的核心线程数、最大线程数、任务队列、线程工厂和拒绝策略。线程工厂用于创建线程的实例，拒绝策略用于处理无法执行的任务。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

注意：上述构造函数中的参数含义如下：

*  `corePoolSize`：核心线程数，表示线程池中保持活动状态的线程数量，即使它们处于空闲状态。
 *  `maximumPoolSize`：最大线程数，表示线程池中允许存在的最大线程数量，包括核心线程和非核心线程。
 *  `keepAliveTime`：非核心线程的闲置超时时间，当线程池中的线程数量超过核心线程数时，多余的空闲线程会在指定的时间内被回收。
 *  `unit`：闲置超时时间的单位，例如，`TimeUnit.SECONDS`表示以秒为单位。
 *  `workQueue`：任务队列，用于存储待执行的任务。
 *  `threadFactory`：线程工厂，用于创建线程的实例。
 *  `handler`：拒绝策略，表示当线程池和任务队列都已满时，新提交的任务如何被拒绝执行。
    
     *  `AbortPolicy()`：超过负荷, 直接抛出异常。
     *  `CallerRunsPolicy()`：调用者负责处理。
     *  `DiscardOldestPolicy()`：丢弃队列中最老的任务。
     *  `DiscardPolicy()`：丢弃新来的任务。

下面是使用`ThreadPoolExecutor`类创建线程池的示例：

int corePoolSize = 5; // 核心线程数
    int maximumPoolSize = 10; // 最大线程数
    long keepAliveTime = 60L; // 非核心线程的闲置超时时间
    TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS; // 闲置超时时间的单位
    BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<>(); // 任务队列
    RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy(); // 拒绝策略
    
    ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
        corePoolSize,
        maximumPoolSize,
        keepAliveTime,
        unit,
        workQueue,
        handler
    );

# 三、线程池的实现 #

创建一个简单的线程池：

// 自定义线程池
    class MyThreadPool{
        
        // 任务队列
        private BlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
    
        // n 表示线程池数量
        public MyThreadPool(int n){
        
            // 创建n个线程
            for (int i = 0; i < n; i++) {
        
                Thread t = new Thread(() -> {
        
                   while (true){
        
                       try {
        
                           Runnable runnable = queue.take();
                           runnable.run();
                       } catch (InterruptedException e) {
        
                           e.printStackTrace();
                       }
                   }
                });
                t.start();
            }
        }
    
        // 注册任务给线程池
        public void submit(Runnable runnable){
        
            try {
        
                queue.put(runnable);
            } catch (InterruptedException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

*  以上代码展示了一个简单的自定义线程池实现。该自定义线程池类名为`MyThreadPool`，通过构造函数传入线程池数量`n`，并使用一个`BlockingQueue`作为任务队列来存储待执行的任务。
 *  在构造函数中，创建了`n`个线程，并在每个线程中使用一个循环来不断从任务队列中取出任务并执行。
 *  `submit()`方法用于向线程池提交任务，将任务放入任务队列中。