Java并发编程(十)——常见几种线程池

迈不过友情╰ 2023-01-19 04:59 150阅读 0赞

## 前言 ##

前几篇文章我们学习了线程池的概念，不了解的读者请移步  
[Java并发编程(八)——走进线程池][Java]  
[Java并发编程(九)——线程池重点参数详解][Java 1]

本文我们来学习常见的几种线程池。

### FixedThreadPool ###

第一种线程池叫作 FixedThreadPool，它的核心线程数和最大线程数是一样的，所以可以把它看作是固定线程数的线程池，它的特点是线程池中的线程数除了初始阶段需要从 0 开始增加外，之后的线程数量就是固定的，就算任务数超过线程数，线程池也不会再创建更多的线程来处理任务，而是会把超出线程处理能力的任务放到任务队列中进行等待。而且就算任务队列满了，到了本该继续增加线程数的时候，由于它的最大线程数和核心线程数是一样的，所以也无法再增加新的线程了。

![线程池3-1][3-1]

如图所示，线程池有 t0~t9，10 个线程，它们会不停地执行任务，如果某个线程任务执行完了，就会从任务队列中获取新的任务继续执行，期间线程数量不会增加也不会减少，始终保持在 10 个。

### CachedThreadPool ###

第二种线程池是 CachedThreadPool，可以称作可缓存线程池，它的特点在于线程数是几乎可以无限增加的（实际最大可以达到 Integer.MAX\_VALUE，为 2^31-1，这个数非常大，所以基本不可能达到），而当线程闲置时还可以对线程进行回收。也就是说该线程池的线程数量不是固定不变的，当然它也有一个用于存储提交任务的队列，但这个队列是 SynchronousQueue，队列的容量为0，实际不存储任何任务，它只负责对任务进行中转和传递，所以效率比较高。

当我们提交一个任务后，线程池会判断已创建的线程中是否有空闲线程，如果有空闲线程则将任务直接指派给空闲线程，如果没有空闲线程，则新建线程去执行任务，这样就做到了动态地新增线程。让我们举个例子，如下方代码所示。

ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {  
            service.execute(new Task() {  
        });
     }

代码中使用 for 循环提交 1000 个任务给 CachedThreadPool，假设这些任务处理的时间非常长，会发生什么情况呢？因为 for 循环提交任务的操作是非常快的，但执行任务却比较耗时，就可能导致 1000 个任务都提交完了但第一个任务还没有被执行完，所以此时 CachedThreadPool 就可以动态的伸缩线程数量，随着任务的提交，不停地创建 1000 个线程来执行任务，而当任务执行完之后，假设没有新的任务了，那么大量的闲置线程又会造成内存资源的浪费，这时线程池就会检测线程在 60 秒内有没有可执行任务，如果没有就会被销毁，最终线程数量会减为 0。

### ScheduledThreadPool ###

第三个线程池是 ScheduledThreadPool，它支持定时或周期性执行任务。比如每隔 10 秒钟执行一次任务，而实现这种功能的方法主要有 3 种，如代码所示：

ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(10);
    
    service.schedule(new Task(), 10, TimeUnit.SECONDS);
    
    service.scheduleAtFixedRate(new Task(), 10, 10, TimeUnit.SECONDS);
    
    service.scheduleWithFixedDelay(new Task(), 10, 10, TimeUnit.SECONDS);

那么这 3 种方法有什么区别呢？

1.  第一种方法 schedule 比较简单，表示延迟指定时间后执行一次任务，如果代码中设置参数为 10 秒，也就是 10 秒后执行一次任务后就结束。
2.  第二种方法 scheduleAtFixedRate 表示以固定的频率执行任务，它的第二个参数 initialDelay 表示第一次延时时间，第三个参数 period 表示周期，也就是第一次延时后每次延时多长时间执行一次任务。
3.  第三种方法 scheduleWithFixedDelay 与第二种方法类似，也是周期执行任务，区别在于对周期的定义，之前的 scheduleAtFixedRate 是以任务开始的时间为时间起点开始计时，时间到就开始执行第二次任务，而不管任务需要花多久执行；而 scheduleWithFixedDelay 方法以任务结束的时间为下一次循环的时间起点开始计时。

举个例子，假设某个同学正在熬夜写代码，需要喝咖啡来提神，假设每次喝咖啡都需要花10分钟的时间，如果此时采用第2种方法 scheduleAtFixedRate，时间间隔设置为 1 小时，那么他将会在每个整点喝一杯咖啡，以下是时间表：

> 00:00: 开始喝咖啡
> 
> 00:10: 喝完了
> 
> 01:00: 开始喝咖啡
> 
> 01:10: 喝完了
> 
> 02:00: 开始喝咖啡
> 
> 02:10: 喝完了

但是假设他采用第3种方法 scheduleWithFixedDelay，时间间隔同样设置为 1 小时，那么由于每次喝咖啡需要10分钟，而 scheduleWithFixedDelay 是以任务完成的时间为时间起点开始计时的，所以第2次喝咖啡的时间将会在1:10，而不是1:00整，以下是时间表：

> 00:00: 开始喝咖啡
> 
> 00:10: 喝完了
> 
> 01:10: 开始喝咖啡
> 
> 01:20: 喝完了
> 
> 02:20: 开始喝咖啡
> 
> 02:30: 喝完了

思考2个问题：

1.  **在FixedRate模式下，假设每秒触发，如果某次任务执行时间超过1秒，后续任务会不会并发执行？**

看源码：

If any execution of this task takes longer than its period, then  subsequent executions may start late, but will not concurrently execute.

译：如果此任务的任何执行时间超过其周期，则**后续执行可能会延迟开始，但不会并发执行。**

1.  **如果任务抛出了异常，后续任务是否继续执行？**

看源码：

If any execution of the task encounters an exception, subsequent executions are suppressed.

译：如果任务的任何执行遇到异常，则将**禁止后续任务的执行。**

### SingleThreadExecutor ###

第四种线程池是 SingleThreadExecutor，它会使用唯一的线程去执行任务，原理和 FixedThreadPool 是一样的，只不过这里线程只有一个，如果线程在执行任务的过程中发生异常，线程池也会重新创建一个线程来执行后续的任务。这种线程池由于只有一个线程，所以非常适合用于所有任务都需要按被提交的顺序依次执行的场景，而前几种线程池不一定能够保障任务的执行顺序等于被提交的顺序，因为它们是多线程并行执行的。

### SingleThreadScheduledExecutor ###

第五个线程池是 SingleThreadScheduledExecutor，它实际和第三种 ScheduledThreadPool 线程池非常相似，它只是 ScheduledThreadPool 的一个特例，内部只有一个线程，如源码所示：

new ScheduledThreadPoolExecutor(1)

它只是将 ScheduledThreadPool 的核心线程数设置为了 1。

## 几种线程池对比 ##

![线程池3-2][3-2]

总结上述的五种线程池，我们以核心线程数、最大线程数，以及线程存活时间三个维度进行对比，如表格所示。

第一个线程池 FixedThreadPool，它的核心线程数和最大线程数都是由构造函数直接传参的，而且它们的值是相等的，所以最大线程数不会超过核心线程数，也就不需要考虑线程回收的问题，如果没有任务可执行，线程仍会在线程池中存活并等待任务。

第二个线程池 CachedThreadPool 的核心线程数是 0，而它的最大线程数是 Integer 的最大值，线程数一般是达不到这么多的，所以如果任务特别多且耗时的话，CachedThreadPool 就会创建非常多的线程来应对。

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