Java多款线程池，总有一款适合你。

红太狼 2023-10-14 18:20 3阅读 0赞

#### 线程池的选择 ####

*  一：故事背景
 *  二：线程池原理
 *   *  2.1 ThreadPoolExecutor的构造方法的七个参数
     *   *  2.1.1 必须参数
         *  2.1.2 可选参数
     *  2.2 ThreadPoolExecutor的策略
     *  2.3 线程池主要任务处理流程
     *  2.4 ThreadPoolExecutor 如何做到线程复用
 *  三：四种常见线程池
 *   *  3.1 newCachedThreadPool
     *  3.2 newFixedThreadPool
     *  3.3 newSingleThreadExecutor
     *  3.4 newScheduledThreadPool
 *  四：线程池如何实现参数的动态修改
 *  五：实际应用
 *  六：总结提升

## 一：故事背景 ##

最近咋搞多线程的研究学习。本文会系统的告诉你，Java中的多种线程池，以及在项目中该如何去选择对应的线程池，提升项目的处理能力。  
池化技术是程序设计中非常常见的一种思想，大家可以通过我的博客[池化思想][Link 1]了解，什么是池化思想。  
为什么我们要使用线程池而不是创建线程去执行任务呢？

1.  复用已创建的线程，避免创建线程的时候耗费资源
2.  对线程进行统一管理
3.  控制并发的数量，不至于创建的线程过多，导致资源消耗过多，最终造成服务器崩溃。

## 二：线程池原理 ##

想要了解线程池原理，就先从其类图开始  
![在这里插入图片描述][081835fb82c448e98fa2ed0efa2dd82d.png]  
Executor 是线程池的顶级接口，其定义了方法execute。其中ThreadPoolExecutor类是我们重点关注的类，让我们来看看其构造方法

### 2.1 ThreadPoolExecutor的构造方法的七个参数 ###

ThreadPoolExecutor一共有七个参数，其中5个是必须的参数，2个值可选参数。

#### 2.1.1 必须参数 ####

1.  int **corePoolSize**：该线程池中核心线程数最大值  
    核心线程会一直存在在线程池中，无论是否有需要待执行的任务
2.  int **maximumPoolSize**：该线程池中线程总数最大值 。  
    该值等于核心线程数量 + 非核心线程数量。这两个值加起来决定了可以创建多少个非核心线程
3.  long **keepAliveTime**：非核心线程闲置超时时长。非核心线程如果处于闲置状态超过该值，就会被销毁。如果设置allowCoreThreadTimeOut(true)，则会也作用于核心线程。
4.  **TimeUnit** unit：keepAliveTime的单位。TimeUnit是一个枚举类型 ，包括以下属性：  
    NANOSECONDS ： 1微毫秒 = 1微秒 / 1000 MICROSECONDS ： 1微秒 = 1毫秒 / 1000 MILLISECONDS ： 1毫秒 = 1秒 /1000 SECONDS ： 秒 MINUTES ： 分 HOURS ： 小时 DAYS ： 天
5.  **BlockingQueue** workQueue：阻塞队列，维护着等待执行的Runnable任务对象。  
    常用的几个阻塞队列：  
    LinkedBlockingQueue ：链式阻塞队列  
    ArrayBlockingQueue：数组阻塞队列  
    SynchronousQueue：同步队列，内部容量为0，每个put操作必须等待一个take操作，反之亦然。  
    DelayQueue：延迟队列，该队列中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素 。

#### 2.1.2 可选参数 ####

1.  ThreadFactory threadFactory 创建线程的工厂，用于批量创建线程，可以在创建线程的时候指定一些参数，列如 守护线程，线程优先级等等。
2.  RejectedExecutionHandler handler。如果阻塞队列满了，且线程数大于最大线程数的时候就会采用拒绝策略。拒绝策略一共有四种：

*  ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：**默认拒绝处理策略**，丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
 *  ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：**丢弃新来的任务**，但是不抛出异常。
 *  ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：**丢弃队列头部（最旧的）的任务**，然后重新尝试执行程序（如果再次失败，重复此过程）。
 *  ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：**由调用线程处理该任务**。

这四种拒绝策略是我们设计线程池必须要考虑的部分。在使用时，要估计可能产生的并发数，会不会触发拒绝策略，如果触发了拒绝策略我们该如何处理，如何保证程序提供功能的完整性。例如针对默认拒绝处理策略，我们可以捕获对应异常，进行重试。或者选择丢弃任务，然后过一段时间批量执行未成功的任务。

### 2.2 ThreadPoolExecutor的策略 ###

线程池本身也有一个调度线程，这个线程用于管理布控整个线程池的任务和事务。线程池也有自己的状态。在ThreadPoolExecutor内使用了一些final int常量变量表示了线程池的状态。  
![在这里插入图片描述][1705d38366b14e548f79a6c5c85b5813.png]

*  线程池创建后就处于RUNNING状态
 *  调用shutdown（）方法后处于SHUTDOWN状态，线程池不能接受新的任务，清除空闲的worker，不会等待阻塞队列任务完成
 *  调用shutdownNow（）方法后处于STOP状态，线程池不能接受新的任务，中断所有线程，阻塞队列中没有被执行的任务全部丢弃。此时，poolsize=0,阻塞队列的size也为0。
 *  当所有的任务已终止，ctl记录的”任务数量”为0，线程池会变为TIDYING状态。接着会执行terminated()函数。
 *  线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()方法之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED， 线程池被设置为TERMINATED状态。

### 2.3 线程池主要任务处理流程 ###

线程池主要任务处理流程在其execute方法内体现，让我们看看其是如何处理线程任务的：  
![在这里插入图片描述][72aff3bdae6a4391a5445f7f53c3d7a2.png]

### 2.4 ThreadPoolExecutor 如何做到线程复用 ###

上文我们说到线程池可以用来复用已经创建的线程对象，那么它到底是怎么做的呢？  
其实，ThreadPoolExecutor在创建线程的时候会将线程封装成工作线程 worker、然后放入工作线程组中，然后反复的从阻塞队列中去拿任务去执行。  
addWorker方法：  
![在这里插入图片描述][4a38eca48b054dfba5443388ab74b31c.png]  
worker对象循环去阻塞队列获取任务：  
![在这里插入图片描述][5ac55a4035e94b57ab139e63b4e9c598.png]  
获得任务之后，不断的进行task.run 执行对应的任务。  
在getTask中，如果是在核心线程上的话，任务将会卡在workQueue.take();方法上，线程不会结束，如果是非核心线程的话，非核心线程会workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) ，如果超时还没有拿到，下一次循环判断compareAndDecrementWorkerCount就会返回null,Worker对象的run()方法循环体的判断为null,任务结束，然后线程被系统回收 。  
![在这里插入图片描述][d2c7b8d67a23495e8f463c1f1caa05a9.png]

## 三：四种常见线程池 ##

上文我们已经讲到了ThreadPoolExecutor线程池，讲解了其内部的各个参数以及各个参数如何选择。Execuors提供了几个不同的静态方法进行线程池的创建，这几个线程池底层都是使用的ThreadPoolExecutor进行的实现。

### 3.1 newCachedThreadPool ###

![在这里插入图片描述][91f664f0a0bc4b8f80aedf1dabfcbbc8.png]  
newCachedThreadPool适合执行很多的短时间的任务， 并且线程60s会进行回收，占用资源不多。此线程池的任务会先将任务添加到synchronousQueue队列。由于线程池很大，几乎不会触发拒绝策略。

### 3.2 newFixedThreadPool ###

![在这里插入图片描述][d9a15dc9401e4271aff1f0abe8c11a2e.png]  
newFixedThreadPool只创建核心线程，不创建非核心线程。就算没有任务，核心线程也会保存。而且由于LinkedBlockingQueue的默认大小是Integer.MAX\_VALUE，几乎不会触发拒绝策略。

### 3.3 newSingleThreadExecutor ###

![在这里插入图片描述][cdc8b55cf6294646ac1fd5a48200e136.png]  
只创建一个核心线程处理任务，如果这个核心线程不空闲，新来的任务就放入阻塞队列，所有的任务按照先来先执行的顺序进行。

### 3.4 newScheduledThreadPool ###

![在这里插入图片描述][cd9a9194c5c646f1b33d514edb926f9d.png]

这四种常见的线程池，基本就够用了，但是如果业务规模过大，则存在资源耗尽的风险，所以还时老老实实的使用ThreadPoolExecutor类，自己进行参数配置吧。

## 四：线程池如何实现参数的动态修改 ##

由于系统的复杂性，我们往往可能需要动态的调成线程池的参数，ThreadPoolExecutor类提供了几个方法来进行线程池参数的设置：  
![在这里插入图片描述][033861c04b6e4ea69fa5a30594b262f1.png]  
主要有两个思路进行设置：  
1：利用Nacos，业务服务读取线程池的配置，获取相对应的线程池实例进行线程池参数的修改。  
2：也可以扩展ThreadPoolExecutor，重写方法，监听线程池参数的个变化，动态的修改线程池的参数。

## 五：实际应用 ##

我们的项目场景中，年终总结的部分，用到了多线程，批量的计算用户本年度的各种参与数据，计算好之后，放入数据库中，用户直接读取即可。参数是如下选择：

*  corePoolSize：线程核⼼参数选择了0
 *  maximumPoolSize：最⼤线程数选择了cpu\*2
 *  keepAliveTime：⾮核⼼闲置线程存活时间直接置为60
 *  unit：⾮核⼼线程保持存活的时间选择了 TimeUnit.SECONDS 秒
 *  workQueue：线程池等待队列，使⽤ LinkedBlockingQueue阻塞队列

由于我们是通过job任务进行触发，选择的是晚上用户少的时候进行的执行，并且只有晚上才会进行一次计算，所以并不需要保留核心线程占用程序客供件，只需要在任务处理时增加计算效率即可。

## 六：总结提升 ##

多线程无疑会提升我们程序的效率，但是其参数选择非常重要，必须要结合线程池清楚ThreadPoolExecutor的7个参数，合理选择参数才能够安全使用。希望本篇文章能增加你对多线程的理解。

[Link 1]: https://hlz666.blog.csdn.net/article/details/130859242
[081835fb82c448e98fa2ed0efa2dd82d.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/081835fb82c448e98fa2ed0efa2dd82d.png
[1705d38366b14e548f79a6c5c85b5813.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/1705d38366b14e548f79a6c5c85b5813.png
[72aff3bdae6a4391a5445f7f53c3d7a2.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/72aff3bdae6a4391a5445f7f53c3d7a2.png
[4a38eca48b054dfba5443388ab74b31c.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/4a38eca48b054dfba5443388ab74b31c.png
[5ac55a4035e94b57ab139e63b4e9c598.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/5ac55a4035e94b57ab139e63b4e9c598.png
[d2c7b8d67a23495e8f463c1f1caa05a9.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d2c7b8d67a23495e8f463c1f1caa05a9.png
[91f664f0a0bc4b8f80aedf1dabfcbbc8.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/91f664f0a0bc4b8f80aedf1dabfcbbc8.png
[d9a15dc9401e4271aff1f0abe8c11a2e.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d9a15dc9401e4271aff1f0abe8c11a2e.png
[cdc8b55cf6294646ac1fd5a48200e136.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cdc8b55cf6294646ac1fd5a48200e136.png
[cd9a9194c5c646f1b33d514edb926f9d.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/cd9a9194c5c646f1b33d514edb926f9d.png
[033861c04b6e4ea69fa5a30594b262f1.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/033861c04b6e4ea69fa5a30594b262f1.png