Java并发编程（线程池篇）

红太狼 2023-10-15 13:56 65阅读 0赞

## 前言 ##

你是否曾经遇到过这样的情况：当你在开发一个多线程应用程序时，你需要同时创建许多线程来完成不同的任务，但是你很快就发现，线程数量太多会导致程序的性能下降，甚至会导致程序崩溃。这时，线程池就像一个救世主一样出现了！它可以帮助我们更好地管理和控制线程的数量，从而提高程序的性能和稳定性。如果你想要了解如何使用线程池来解决这个问题，那么你来对地方了！好了废话不多说，咱们开始吧！！！

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## 关于线程池 ##

### 什么是池？关于池化思想？ ###

线程池是一种多线程的一种处理形式，处理过程中可以将任务添加到队列中，然后创建线程后自动启动这些任务。

**池化思想：** 比如：线程池、字符串常量池、数据库连接池

### 线程池的优势 ###

*  `降低资源消耗`：通过重复利用已创建的线程，降低创建线程和销毁的开销。
 *  `提高响应速度`：当有任务时，不需要创建线程，直接拿池中的线程对象执行。
 *  `提高线程的可管理性`： 在系统中，线程是稀缺的资源，如果一味创建和销毁线程，不仅会消耗系统资源，而且还降低了系统的稳定性；使用线程的话，可以将线程对象同意分配、调优和监控。

### 如何构造一个线程池 ###

关于线程池`ThreadPoolExecutor`查看源码发现它继承了`AbstractExecutorService`抽象类，而`AbstractExecutorService`抽象类实现了`ExecutorService`接口`ExecutorService`接口又继承了 `Executor`接口。所以`ThreadPoolExecutor`间接实现了`ExecutorService`接口和`Executor`接口。关系图如下：

![ThreadPoolExecutor.png][]

### 线程池的使用 ###

线程池的真正的实现类（也是线程池的标准类）是：**ThreadPoolExecutor** 类，下边是所有的构造方法：

> `public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) { this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler); } public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory) { this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, defaultHandler); } public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler) { this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), handler); } public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0) throw new IllegalArgumentException(); if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null) throw new NullPointerException(); this.corePoolSize = corePoolSize; this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; this.workQueue = workQueue; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); this.threadFactory = threadFactory; this.handler = handler; }`

### 线程池的参数： ###

*  `corePoolSize（必要）`：代表核心线程数，默认的情况下核心线程数一直存活，当allowCoreThreadTimeout设置为 true，核心线程池也会被超时回收。
 *  `maximumPoolSize（必要）`：代表最大线程数，是核心线程数和非核心线程数之和。
 *  `keepAliveTime（必要）`：代表线程闲置超时时长，如果超过该时长，非核心线程会被回收。当allowCoreThreadTimeout设置为 true，核心线程池也会被超时回收。
 *  `unit（必要）`：指定 keepAliveTime 参数的时间单位。
 *  `workQueue（必要）`：任务队列，通过submit方法将任务注册到该队列中。
 *  `threadFactory（选择）`：线程工厂，用于指定为线程池创建新线程的方式。
 *  `handler（选择）`：拒绝策略，当前线程池达到线程饱和（最大线程数 + 任务队列数）的拒绝策略。

![ThreadPoolExecutor属性.png][ThreadPoolExecutor_.png]

### 线程池的工作原理 ###

下图是描述线程池工作的原理，同时对上面的参数有一个更深的了解。

![线程池工作原理.png][.png]

线程池把任务的提交和任务的执分开了，当一个任务被提交到线程池之后：

*  如果此时线程数`小于`核心线程数，那么就会新起一个线程来执行当前的任务。
 *  如果此时线程数`大于`核心线程数，那么就会将任务塞入阻塞队列中，等待被执行。
 *  如果阻塞队列满了，并且此时线程数`小于`最大线程数，那么会创建新线程来执行当前任务。
 *  如果阻塞队列满了，并且此时线程数`大于`最大线程数，那么会采取拒绝策略。

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以上就是任务提交给线程池后各种状况汇总，一个很容易出现理解错误的地方就是**当线程数达到核心数的时候，任务是先入队，而不是先创建最大线程数**。从上述可知，线程池里的线程不是一开始就直接拉满的，是根据任务量开始慢慢增多的，这就算一种懒加载，到用的时候再创建线程，节省资源。

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## 问答时间 ##

> 当前线程数小于核心线程数，并且线程都处于空闲状态，现在提交一个任务，是新启一个线程还是使用之前创建的线程？

此时线程池会新启一个线程来执行这个新任务，不管之前的线程是否空闲。

> 如何理解核心线程数？

虽然说线程池是延迟创建线程，但实际是想要快速获得核心线程数的线程。核心线程本质上是线程池需要这些数量的线程来处理任务的，而最大线程数是为了应付突发情况。

举个栗子： 正常情况下施工队只要 5 个人去干活，这 5 人其实就是核心线程，但是由于工头接的活太多了，导致 5 个人在约定工期内干不完，所以工头又去找了 2 个人来一起干，所以 5 是核心线程数，7 是最大线程数。平时就是 5 个人干活，特别忙的时候就找 7 个，等闲下来就会把多余的 2 个辞了。 **不论是核心还是非核心线程，在线程池里面都是一视同仁，当淘汰的时候不会管是哪些线程，反正留下核心线程数个线程即可。**

> 线程池有几种状态？

*  RUNNING：能接受新任务，并处理阻塞队列中的任务
 *  SHUTDOWN：不接受新任务，但是可以处理阻塞队列中的任务
 *  STOP：不接受新任务，并且不处理阻塞队列中的任务，并且还打断正在运行任务的线程，就是直接撂担子不干了！
 *  TIDYING：所有任务都终止，并且工作线程也为0，处于关闭之前的状态
 *  TERMINATED：已关闭。

> 线程池的生命周期是怎样的？

![线程池的生命周期.png][.png 1]

> 线程池有哪些工作队列？

ThreadPoolExecutor的工作队列可以分为两类：`无界队列和有界队列`

*  **ArrayBlockingQueue**

是基于一个数组结构的有界阻塞队列，该队列按照先进先出（FIFO）原则对元素进行排序。

*  **LinkedBlockingQueue**

是基于链表结构的阻塞队列，队列按照先进先出（FIFO）排序元素，吞吐量要高于ArrayBlockingQueue。

*  **SynchronousQueue**

不存储元素的阻塞队列。每个插⼊操作必须等到另⼀个线程调⽤移除操作，否则插⼊操作⼀直处于阻塞状态。

*  **PriorityBlockingQueue**

具有优先级的⽆限阻塞队列。

*  **DelayQueue**

是任务定时周期的延迟执⾏的队列。根据指定的执⾏时间从⼩到⼤排序，否则根据插⼊到队列的先后排序。

> 几种常见的线程池使用场景

*  **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。

*  **newFixedThreadPool**

创建⼀个定长线程池，可控制线程最⼤并发数，超出的线程会在队列中等待。

*  **newCachedThreadPool**

创建⼀个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若⽆可回收，则新建线程。

*  **newScheduledThreadPool**

创建⼀个定长线程池，⽀持定时及周期性任务执⾏。

*  **newWorkStealingPool**

⼀个拥有多个任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可⽤ cpu 数量的线程来并⾏执⾏。

> shutdown 和 shutdownNow 区别

shutdown 和 shutdownNow 均可⽤于关闭线程池.

*  **shutdown**

当我们调⽤ shutdown ⽅法后，线程池将不再接受新的任务，但也不会去强制终⽌已经提交或者正在执⾏中的任务。

*  **shutdownNow**

当调⽤ shutdownNow ⽅法后，会向正在执⾏的全部任务发出 interrupt() 停⽌执⾏信号，对还未开始执⾏的任务全部取消，并且返回还没开始的任务列表。

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