并发专题（七）线程池实现原理

爱被打了一巴掌 2023-07-06 06:24 4阅读 0赞

## 一、为什么要用线程池 ##

1.  降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建、销毁线程造成的消耗。
2.  提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
3.  提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配、调优和监控

## 二、ThreadPoolExecutor线程池类参数详解 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>参数</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>corePoolSize</td> 
   <td>核心线程数量，线程池维护线程的最少数量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>maximumPoolSize</td> 
   <td>线程池维护线程的最大数量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>keepAliveTime</td> 
   <td>线程池除核心线程外的其他线程的最长空闲时间，超过该时间的空闲线程会被销毁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>unit</td> 
   <td>keepAliveTime的单位，TimeUnit中的几个静态属性：NANOSECONDS、MICROSECONDS、MILLISECONDS、SECONDS</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>workQueue</td> 
   <td>线程池所使用的任务缓冲队列</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>threadFactory</td> 
   <td>线程工厂，用于创建线程，一般用默认的即可</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>handler</td> 
   <td>线程池对拒绝任务的处理策略</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

当线程池任务处理不过来的时候（什么时候认为处理不过来后面描述），可以通过handler指定的策略进行处理，ThreadPoolExecutor提供了四种策略：

1.  ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常；也是默认的处理方式。
2.  ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丢弃任务，但是不抛出异常。
3.  ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
4.  ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

可以通过实现RejectedExecutionHandler接口自定义处理方式。

## 三、线程池任务执行 ##

### 1. 添加执行任务 ###

*  submit() 该方法返回一个Future对象，可执行带返回值的线程；或者执行想随时可以取消的线程。Future对象的get()方法获取返回值。Future对象的cancel(true/false)取消任务，未开始或已完成返回false，参数表示是否中断执行中的线程
 *  execute() 没有返回值。

### 2. 线程池任务提交过程 ###

2.1. 如果此时线程池中的数量小于corePoolSize，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要创建新的线程来处理被添加的任务。  
2.2. 如果此时线程池中的数量等于corePoolSize，但是缓冲队列workQueue未满，那么任务被放入缓冲队列。  
2.3. 如果此时线程池中的数量大于等于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量小于maximumPoolSize，建新的线程来处理被添加的任务。  
2.4. 如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量等于maximumPoolSize，那么通过 handler所指定的策略来处理此任务。  
2.5. 当线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止。这样，线程池可以动态的调整池中的线程数。

总结即：处理任务判断的优先级为 核心线程corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize，如果三者都满了，使用handler处理被拒绝的任务。

**注意：**

1.  核心线程和最大线程数量相等时keepAliveTime无作用.

### 3. 线程池关闭 ###

3.1. shutdown() 不接收新任务,会处理已添加任务  
3.2. shutdownNow() 不接受新任务,不处理已添加任务,中断正在处理的任务

## 4. 常用队列介绍 ##

4.1. ArrayBlockingQueue： 这是一个由数组实现的容量固定的有界阻塞队列.  
4.2. SynchronousQueue： 没有容量，不能缓存数据；每个put必须等待一个take; offer()的时候如果没有另一个线程在poll()或者take()的话返回false。  
4.3. LinkedBlockingQueue： 这是一个由单链表实现的默认×××的阻塞队列。LinkedBlockingQueue提供了一个可选有界的构造函数，而在未指明容量时，容量默认为Integer.MAX\_VALUE。

队列操作:

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>方法</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>add</td> 
   <td>增加一个元索; 如果队列已满，则抛出一个异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>remove</td> 
   <td>移除并返回队列头部的元素; 如果队列为空，则抛出一个异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>offer</td> 
   <td>添加一个元素并返回true; 如果队列已满，则返回false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>poll</td> 
   <td>移除并返回队列头部的元素; 如果队列为空，则返回null</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>put</td> 
   <td>添加一个元素; 如果队列满，则阻塞</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>take</td> 
   <td>移除并返回队列头部的元素; 如果队列为空，则阻塞</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>element</td> 
   <td>返回队列头部的元素; 如果队列为空，则抛出一个异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>peek</td> 
   <td>返回队列头部的元素; 如果队列为空，则返回null</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 5. Executors线程工厂类 ##

**1. Executors.newCachedThreadPool();**  
说明: 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.  
内部实现：new ThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX\_VALUE,60L,TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<runnable>());</runnable>

**2. Executors.newFixedThreadPool(int);**  
说明: 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。  
内部实现：new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<runnable>());</runnable>

**3. Executors.newSingleThreadExecutor();**  
说明: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，保证所有任务按照顺序执行。  
内部实现：new ThreadPoolExecutor(1,1,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<runnable>())</runnable>

**4. Executors.newScheduledThreadPool(int);**  
说明:创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。  
内部实现：new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize)

说明： Executors 返回的线程池对象的弊端如下：  
**1） FixedThreadPool 和 SingleThreadPool:**  
允许的请求队列长度为 Integer.MAX\_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。  
**2） CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool:**  
允许的创建线程数量为 Integer.MAX\_VALUE， 可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

## 6. 总结 ##

ThreadPoolExecutor通过几个核心参数来定义不同类型的线程池，适用于不同的使用场景；其中在任务提交时，会依次判断corePoolSize， workQueque， 及maximumPoolSize，不同的状态不同的处理。