Java中的线程池

在开发过程中,合理地使用线程池能够带来3个好处。

第一: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销毁。

第二:提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程床架你就能立即执行。

第三:提高线程的可管理性,线程是稀缺资源,如果无限地创建,不仅会消耗系统资源,还会降级系统的五年提醒,使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。

线程池的实现原理

当向线程池提交一个任务之后,线程池是如何处理这个任务的呢?线程池的主要处理流程图如下:

从图中可以看出,当提交一个新任务到线程池时,线程池的处理流程如下。

1)线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是,则创建一个新的工作线程来执行工作。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进入下个流程。

2)线程池判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程。

3)线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给包和策略来处理这个任务。

ThreadPoolExecutor执行executer()方法的示意图,如图所示:

1)如果当前运行的线程少于corePoolSize,则创建新线程来执行任务(注意,执行这一步骤需要获取全局锁)。

2)如果运行的线程等于或多于corePoolSize,则将任务加入BlockingQueue。

3)如果无法将任务加入BlockingQueue(队列已满),则创建新的线程来处理任务(注意,执行这一步骤需要获取全局锁)。

4)如果创建新线程将使用当前运行的线程超出maximumPoolSize,任务将被拒绝,并调用RejectedExceutionHandler.rejectedExecution()方法。

ThreadPoolExecutor采取上述步骤的总体设计思路,是为了在执行execute()方法时,尽可能地避免获取全局锁(那将会是一个严重的可伸缩瓶颈)。在ThreadPoolExecutor完成预热之后(当前运行的线程数大于等于corePoolSize),几乎所有的execute()方法调用都是执行步后2,而步骤2不需要获取全局锁。

源码分析:上面的流程分析让我们很直观地了解了线程池的工作原理,让我们再通过源代码来看看是如何实现的,线程池执行任务的方法如下。

public void execute(Runnable command){
    if(command == null){
        throw new NullPointerException();
    }
    //如果线程数小于基本线程数,则创建线程并执行当前任务
    if(poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)){
        //如果线程数大于等于基本线程数或线程创建失败,则将当前任务放到工作队列中。
        if(runState == RUNNING && workQueue.offer(command)){
            if(runState != RUNNING || poolSize == 0){
                ensureQueueTaskHandled(command);
            }
        }
        //如果线程池不处于运行中或任务无法放入队列,并且当前线程数量小于最大允许的线程数量,
        //则创建一个线程执行任务。
        else if(!addIfUnderCoreMaximumPoolSize(command)){
            //抛出RejectedExecutionException异常
            reject(command); //is shutdown or saturated
        }
    }
}

工作流程:线程池创建线程时,会将线程封装成工作线程Worker,Worker在执行完任务后,还会循环获取工作队列里的任务来执行。我们可以从Worker类的run()方法里看到这点。

public void run(){
    try{
        Runnable task = firstTask;
        firstTask = null;
        while(task != null || (task = getTask()) != null){
            runTask(task);
            task = null;
        }
    }finally{
        workerDone(this);
    }
}

ThreadPoolExecutor中线程执行任务的示意图如下:

线程池中的线程执行任务分两种情况,如下:

1)在execute()方法中创建一个线程时,会让这个线程执行当前任务。

2)这个线程执行完上图中的1的任务后,会反复从BlockingQueue获取任务来执行。

线程池的使用

线程池的创建

我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize,maxmumPoolSize,keepAliveTime,millseconds,runnableTaskQueue,handler);

创建一个线程池时需要输入几个参数,如下:

  1. corePoolSize(线程池的基本大小):当提交一个任务到线程池时,线程池会创建一个线程来执行任务,即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程,等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。

  2. runnableTaskQueue(任务队列):用于保存等待执行的任务的阻塞队列。

    • ArrayBlockingQueue:是一个基于数组结构的有界阻塞队列,此队列按FIFO原则对元素进行排序。
    • LinkedBlockingQueue:一个基于链表结构的阻塞队列,此队列按FIFO排序元素,吞吐量通常要高于runnableTaskQueue。
    • SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。
    • PriorityBlockingQueue:一个具有优先级的无限阻塞队列。
  3. maxmumPoolSize(线程池最大数量):线程池允许创建的最大线程数。

  4. ThreadFactory:用于设置创建线程的工厂,可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。

  5. RejectedExecutionHandler(饱和策略):当队列和线程池都满了,说明线程池处于包和状态,那么必须采取一种策略处理提交的新任务。

    • AbortPolicy:直接抛出异常。
    • CallerRunsPolicy:只用调用者所在线程来运行任务。
    • DiscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务。
    • DiscardPolicy:不处理,丢弃掉。

    当然,也可以根据引用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。

    • keepAliveTime(线程活动保持时间):线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。
    • TimeUnit(线程活动保持时间的单位):可选的单位有天(DAYS)、小时(HOURS)、分钟(MINUTES)、毫秒(MILLISECONDS)、微秒(MICROSECONDS,千分之一毫秒)和纳秒(NANOSECONDS,千分之一微秒)。

向线程池提交任务

可以使用两个方法向线程池提交任务,分别为execute()和submit()方法。

execute()方法用于提交不需要返回值的任务,所以无法判断任务是否被线程池执行成功。

treadsPool.execute(new Runnable(){
    @Override
    public void run(){
        //TODO
    }
});

submit()方法用于提交需要返回值的任务。

Future<Object> future = executor.submit(harReturnValuetask);
try{
   Object s = future.get();
}catch(InterruptedException e){
    //处理中断异常
}catch(ExecutionException e){
    //处理无法执行任务异常
}finally{
    //关闭线程池
    executor.shutdown();
}

关闭线程池

可以通过调用线程池的shuntdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工作线程,然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程,所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。但是它们存在一定的区别,shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP,然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程,并返回等待执行任务的列表,而shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态,然后中断所有没有正在执行人物的线程。

原文地址:https://www.cnblogs.com/Tu9oh0st/p/10162938.html