Java多线程之ThreadPoolExecutor

红太狼 2022-04-14 02:09 198阅读 0赞

## 为什么用线程池 ##

博客地址 http://blog.csdn.net/qq\_25806863

原文地址 http://blog.csdn.net/qq\_25806863/article/details/71126867

有时候，系统需要处理非常多的执行时间很短的请求，如果每一个请求都开启一个新线程的话，系统就要不断的进行线程的创建和销毁，有时花在创建和销毁线程上的时间会比线程真正执行的时间还长。而且当线程数量太多时，系统不一定能受得了。

使用线程池主要为了解决一下几个问题：

通过重用线程池中的线程，来减少每个线程创建和销毁的性能开销。  
对线程进行一些维护和管理，比如定时开始，周期执行，并发数控制等等。

##    Executor ##

Executor是一个接口，跟线程池有关的基本都要跟他打交道。下面是常用的ThreadPoolExecutor的关系。

![è¿éåå¾çæè¿°][SouthEast]

Executor接口很简单，只有一个execute方法。

ExecutorService是Executor的子接口，增加了一些常用的对线程的控制方法，之后使用线程池主要也是使用这些方法。

AbstractExecutorService是一个抽象类。ThreadPoolExecutor就是实现了这个类。

## ThreadPoolExecutor ##

###    构造方法 ###

ThreadPoolExecutor是线程池的真正实现，他通过构造方法的一系列参数，来构成不同配置的线程池。常用的构造方法有下面四个：

![è¿éåå¾çæè¿°][SouthEast 1]

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                            int maximumPoolSize,
                            long keepAliveTime,
                            TimeUnit unit,
                            BlockingQueue<Runnable> workQueue) 
    
    ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                            int maximumPoolSize,
                            long keepAliveTime,
                            TimeUnit unit,
                            BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                            ThreadFactory threadFactory)
    
    ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                            int maximumPoolSize,
                            long keepAliveTime,
                            TimeUnit unit,
                            BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                            RejectedExecutionHandler handler)
    
    ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                            int maximumPoolSize,
                            long keepAliveTime,
                            TimeUnit unit,
                            BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                            ThreadFactory threadFactory,
                            RejectedExecutionHandler handler)

###       构造方法参数说明 ###

corePoolSize

核心线程数，默认情况下核心线程会一直存活，即使处于闲置状态也不会受存keepAliveTime限制。除非将allowCoreThreadTimeOut设置为true。

maximumPoolSize

线程池所能容纳的最大线程数。超过这个数的线程将被阻塞。当任务队列为没有设置大小的LinkedBlockingDeque时，这个值无效。

keepAliveTime

非核心线程的闲置超时时间，超过这个时间就会被回收。

unit

指定keepAliveTime的单位，如TimeUnit.SECONDS。当将allowCoreThreadTimeOut设置为true时对corePoolSize生效。

workQueue

线程池中的任务队列.

常用的有三种队列，SynchronousQueue,LinkedBlockingDeque,ArrayBlockingQueue。

threadFactory

线程工厂，提供创建新线程的功能。ThreadFactory是一个接口，只有一个方法

public interface ThreadFactory {
      Thread newThread(Runnable r);
    }

通过线程工厂可以对线程的一些属性进行定制。

默认的工厂：

static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {
      private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
      private final ThreadGroup group;
      private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
      private final String namePrefix;
    
      DefaultThreadFactory() {
          SecurityManager var1 = System.getSecurityManager();
          this.group = var1 != null?var1.getThreadGroup():Thread.currentThread().getThreadGroup();
          this.namePrefix = "pool-" + poolNumber.getAndIncrement() + "-thread-";
      }
    
      public Thread newThread(Runnable var1) {
          Thread var2 = new Thread(this.group, var1, this.namePrefix + this.threadNumber.getAndIncrement(), 0L);
          if(var2.isDaemon()) {
              var2.setDaemon(false);
          }
    
          if(var2.getPriority() != 5) {
              var2.setPriority(5);
          }
    
          return var2;
      }
    }

RejectedExecutionHandler

RejectedExecutionHandler也是一个接口，只有一个方法

public interface RejectedExecutionHandler {
      void rejectedExecution(Runnable var1, ThreadPoolExecutor var2);
    }

当线程池中的资源已经全部使用，添加新线程被拒绝时，会调用RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法。

## 线程池规则 ##

线程池的线程执行规则跟任务队列有很大的关系。

下面都假设任务队列没有大小限制：

如果线程数量<=核心线程数量，那么直接启动一个核心线程来执行任务，不会放入队列中。

如果线程数量>核心线程数，但<=最大线程数，并且任务队列是LinkedBlockingDeque的时候，超过核心线程数量的任务会放在任务队列中排队。

如果线程数量>核心线程数，但<=最大线程数，并且任务队列是SynchronousQueue的时候，线程池会创建新线程执行任务，这些任务也不会被放在任务队列中。这些线程属于非核心线程，在任务完成后，闲置时间达到了超时时间就会被清除。

如果线程数量>核心线程数，并且>最大线程数，当任务队列是LinkedBlockingDeque，会将超过核心线程的任务放在任务队列中排队。也就是当任务队列是LinkedBlockingDeque并且没有大小限制时，线程池的最大线程数设置是无效的，他的线程数最多不会超过核心线程数。

如果线程数量>核心线程数，并且>最大线程数，当任务队列是SynchronousQueue的时候，会因为线程池拒绝添加任务而抛出异常。

任务队列大小有限时

当LinkedBlockingDeque塞满时，新增的任务会直接创建新线程来执行，当创建的线程数量超过最大线程数量时会抛异常。

SynchronousQueue没有数量限制。因为他根本不保持这些任务，而是直接交给线程池去执行。当任务数量超过最大线程数时会直接抛异常。

##    规则验证 ##

###    前提 ###

所有的任务都是下面这样的，睡眠两秒后打印一行日志：

Runnable myRunnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    };

所有验证过程都是下面这样，先执行三个，再执行三个，8秒后，各看一次信息

executor.execute(myRunnable);
    executor.execute(myRunnable);
    executor.execute(myRunnable);
    System.out.println("---先开三个---");
    System.out.println("核心线程数" + executor.getCorePoolSize());
    System.out.println("线程池数" + executor.getPoolSize());
    System.out.println("队列任务数" + executor.getQueue().size());
    executor.execute(myRunnable);
    executor.execute(myRunnable);
    executor.execute(myRunnable);
    System.out.println("---再开三个---");
    System.out.println("核心线程数" + executor.getCorePoolSize());
    System.out.println("线程池数" + executor.getPoolSize());
    System.out.println("队列任务数" + executor.getQueue().size());
    Thread.sleep(8000);
    System.out.println("----8秒之后----");
    System.out.println("核心线程数" + executor.getCorePoolSize());
    System.out.println("线程池数" + executor.getPoolSize());
    System.out.println("队列任务数" + executor.getQueue().size());

###       验证1 ###

核心线程数为6，最大线程数为10。超时时间为5秒

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(6, 10, 5, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());

---先开三个---
    核心线程数6
    线程池线程数3
    队列任务数0
    ---再开三个---
    核心线程数6
    线程池线程数6
    队列任务数0
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-6 run
    pool-1-thread-5 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-4 run
    pool-1-thread-2 run
    ----8秒之后----
    核心线程数6
    线程池线程数6
    队列任务数0

可以看到每个任务都是是直接启动一个核心线程来执行任务，一共创建了6个线程，不会放入队列中。8秒后线程池还是6个线程，核心线程默认情况下不会被回收，不收超时时间限制。

### 验证2 ###

核心线程数为3，最大线程数为6。超时时间为5秒,队列是LinkedBlockingDeque

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>());

---先开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0
    ---再开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数3
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-2 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-2 run
    ----8秒之后----
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0

当任务数超过核心线程数时，会将超出的任务放在队列中，只会创建3个线程重复利用。

### 验证3 ###

核心线程数为3，最大线程数为6。超时时间为5秒,队列是SynchronousQueue  
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 5, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());

---先开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0
    ---再开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数6
    队列任务数0
    pool-1-thread-2 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-6 run
    pool-1-thread-4 run
    pool-1-thread-5 run
    pool-1-thread-1 run
    ----8秒之后----
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0

当队列是SynchronousQueue时，超出核心线程的任务会创建新的线程来执行，看到一共有6个线程。但是这些线程是费核心线程，收超时时间限制，在任务完成后限制超过5秒就会被回收。所以最后看到线程池还是只有三个线程。

### 验证4 ###

核心线程数是3，最大线程数是4，队列是LinkedBlockingDeque

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>());

LinkedBlockingDeque根本不受最大线程数影响。

但是当LinkedBlockingDeque有大小限制时就会受最大线程数影响了

4.1 比如下面，将队列大小设置为2.

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>(2));

---先开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0
    ---再开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数4
    队列任务数2
    pool-1-thread-2 run
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-4 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-2 run
    ----8秒之后----
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0

首先为三个任务开启了三个核心线程1，2，3，然后第四个任务和第五个任务加入到队列中，第六个任务因为队列满了，就直接创建一个新线程4，这是一共有四个线程，没有超过最大线程数。8秒后，非核心线程收超时时间影响回收了，因此线程池只剩3个线程了。

4.2 将队列大小设置为1

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>(1));

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task com.sunlinlin.threaddemo.Main$1@677327b6 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@14ae5a5[Running, pool size = 4, active threads = 4, queued tasks = 1, completed tasks = 0]
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
        at com.sunlinlin.threaddemo.Main.main(Main.java:35)
        at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
        at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
        at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
        at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
        at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:147)
    ---先开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-2 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-4 run
    pool-1-thread-1 run

直接出错在第6个execute方法上。因为核心线程是3个，当加入第四个任务的时候，就把第四个放在队列中。加入第五个任务时，因为队列满了，就创建新线程执行，创建了线程4。当加入第六个线程时，也会尝试创建线程，但是因为已经达到了线程池最大线程数，所以直接抛异常了。

### 验证5 ###

核心线程数是3 ，最大线程数是4，队列是SynchronousQueue

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task com.sunlinlin.threaddemo.Main$1@14ae5a5 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@7f31245a[Running, pool size = 4, active threads = 4, queued tasks = 0, completed tasks = 0]
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
        at com.sunlinlin.threaddemo.Main.main(Main.java:34)
        at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
        at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
        at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
        at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
        at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:147)
    ---先开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0
    pool-1-thread-2 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-4 run
    pool-1-thread-1 run

这次在添加第五个任务时就报错了，因为SynchronousQueue各奔不保存任务，收到一个任务就去创建新线程。所以第五个就会抛异常了。

最后推荐一篇写得和好的关于线程池的文章：[https://mp.weixin.qq.com/s/lbiD1DiDSXyD1Lf8r2RiSQ][https_mp.weixin.qq.com_s_lbiD1DiDSXyD1Lf8r2RiSQ]

[SouthEast]: /images/20220414/3b3ac5fec95d4c75b92d0665ed7efb6f.png
[SouthEast 1]: /images/20220414/c7f846df51074ecb8611835f83841622.png
[https_mp.weixin.qq.com_s_lbiD1DiDSXyD1Lf8r2RiSQ]: https://mp.weixin.qq.com/s/lbiD1DiDSXyD1Lf8r2RiSQ