线程池的理解

女爷i 2023-10-05 23:37 111阅读 0赞

### 一、线程池概念 ###

创建Java线程需要给线程分配堆栈内存以及初始化内存，还需要进行系统调用，频繁地创建和销毁线程会大大降低系统的运行效率，采用线程池来管理线程有以下好处：

**提升性能：线程池能独立负责线程的创建、维护和分配  
线程管理：每个Java线程池会保持一些基本的线程统计信息，对线程进行有效管理**

![在这里插入图片描述][016ca1f836f54d61a731aca2cba00189.webp_pic_center]

java.util.concurrent.Executor:  负责线程的使用与调度的根接口
     		|--ExecutorService 子接口: 线程池的主要接口
     			|--ThreadPoolExecutor 线程池的实现类
     			|--ScheduledExecutorService 子接口: 负责线程的调度
     				|--SchediledThreadPoolExecutor: 继承ThreadPoolExecutor,实现ScheduledExecutorService

1.  Executor接口  
    异步任务的"执行者"接口, Executor提供了一个execute()来执行已经提交的Runnable执行目标实例. Executor是作为执行者的角色, 目的是提供一种将"任务提交者"和"任务执行者"分开的机制, 它只有一个函数式方法:

public interface Executor {
        
        void execute(Runnable var1);
    }

1.  ExecutorService  
    ExecutorService接口继承自Executor, 它是异步任务的"执行者服务"接口, 对外提供异步任务的接受者服务. ExecutorService提供了接收"接收异步任务并转交给执行者"的方法.

public interface ExecutorService extends Executor {
        
    
        /**
         * 关闭执行器, 主要有以下特点:
         * 1. 已经提交给该执行器的任务将会继续执行, 但是不再接受新任务的提交;
         * 2. 如果执行器已经关闭了, 则再次调用没有副作用.
         */
        void shutdown();
    
        /**
         * 立即关闭执行器, 主要有以下特点:
         * 1. 尝试停止所有正在执行的任务, 无法保证能够停止成功, 但会尽力尝试(例如, 通过 Thread.interrupt中断任务, 但是不响应中断的任务可能无法终止);
         * 2. 暂停处理已经提交但未执行的任务;
         *
         * @return 返回已经提交但未执行的任务列表
         */
        List<Runnable> shutdownNow();
    
        /**
         * 如果该执行器已经关闭, 则返回true.
         */
        boolean isShutdown();
    
        /**
         * 判断执行器是否已经【终止】.
         * 仅当执行器已关闭且所有任务都已经执行完成, 才返回true.
         * 注意: 除非首先调用 shutdown 或 shutdownNow, 否则该方法永远返回false.
         */
        boolean isTerminated();
    
        /**
         * 阻塞调用线程, 等待执行器到达【终止】状态.
         *
         * @return {@code true} 如果执行器最终到达终止状态, 则返回true; 否则返回false
         * @throws InterruptedException if interrupted while waiting
         */
        boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    
        /**
         * 提交一个具有返回值的任务用于执行.
         * 注意: Future的get方法在成功完成时将会返回task的返回值.
         *
         * @param task 待提交的任务
         * @param <T>  任务的返回值类型
         * @return 返回该任务的Future对象
         * @throws RejectedExecutionException 如果任务无法安排执行
         * @throws NullPointerException       if the task is null
         */
        <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
    
        /**
         * 提交一个 Runnable 任务用于执行.
         * 注意: Future的get方法在成功完成时将会返回给定的结果(入参时指定).
         *
         * @param task   待提交的任务
         * @param result 返回的结果
         * @param <T>    返回的结果类型
         * @return 返回该任务的Future对象
         * @throws RejectedExecutionException 如果任务无法安排执行
         * @throws NullPointerException       if the task is null
         */
        <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
    
        /**
         * 提交一个 Runnable 任务用于执行.
         * 注意: Future的get方法在成功完成时将会返回null.
         *
         * @param task 待提交的任务
         * @return 返回该任务的Future对象
         * @throws RejectedExecutionException 如果任务无法安排执行
         * @throws NullPointerException       if the task is null
         */
        Future<?> submit(Runnable task);
    
        /**
         * 执行给定集合中的所有任务, 当所有任务都执行完成后, 返回保持任务状态和结果的 Future 列表.
         * 
         * 注意: 该方法为同步方法. 返回列表中的所有元素的Future.isDone() 为 true.
         *
         * @param tasks 任务集合
         * @param <T>   任务的返回结果类型
         * @return 任务的Future对象列表，列表顺序与集合中的迭代器所生成的顺序相同，
         * @throws InterruptedException       如果等待时发生中断, 会将所有未完成的任务取消.
         * @throws NullPointerException       任一任务为 null
         * @throws RejectedExecutionException 如果任一任务无法安排执行
         */
        <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException;
    
        /**
         * 执行给定集合中的所有任务, 当所有任务都执行完成后或超时期满时（无论哪个首先发生）, 返回保持任务状态和结果的 Future 列表.
         */
        <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    
        /**
         * 执行给定集合中的任务, 只有其中某个任务率先成功完成（未抛出异常）, 则返回其结果.
         * 一旦正常或异常返回后, 则取消尚未完成的任务.
         */
        <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException, ExecutionException;
    
        /**
         * 执行给定集合中的任务, 如果在给定的超时期满前, 某个任务已成功完成（未抛出异常）, 则返回其结果.
         * 一旦正常或异常返回后, 则取消尚未完成的任务.
         */
        <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit)
            throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
    }

1.  AbstractExecutorService  
    AbstractExecutorService是一个抽象类, 它实现了ExecutorService接口.  
    AbstractExecutorService存在的目的是为ExecutorService中的接口提供默认实现
2.  ThreadPoolExecutor \*  
    JDK所有线程池实现的父类, 它继承于AbstractExecutorService抽象类.  
    ThreadPoolExecutor是JUC线程池的核心实现类. 线程的创建和终止需要很大的开销, 线程池中预先提供了指定数量的可重用线程, 所以使用线程池会节省系统资源, 并且每个线程池都维护了一些基础的数据统计, 方便线程的管理和监控.
3.  ScheduledExecutorService  
    ScheduledExecutorService是一个接口, 它继承于ExecutorService. 它是一个可以完成“延时”和“周期性”任务的调度线程池接口, 其功能和Timer/TimerTask类似.  
    \[Timer\]Java定时工具类
4.  ScheduledThreadPoolExecutor  
    继承于ThreadPoolExecutor, 它提供了ScheduledExecutorService线程池接口中"延时执行"和"周期执行"等抽象调度方法的具体实现. 类似于Timer, 但是在高并发程序中, ScheduledThreadPoolExecutor的性能要优于Timer.
5.  Executors  
    Executors是一个静态工厂类, 它通过静态工厂方法返回ExecutorService, ScheduledExecutorService等线程池示例对象, 这些静态工厂方法可以理解为一些快捷的创建线程池的方法.

### 二、构造方法 ###

研究一个类，先从它的构造方法开始。ThreadPoolExecutor提供了4个有参构造方法：

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;
    }

**corePoolSize（必需）：核心线程数。即池中一直保持存活的线程数，即使这些线程处于空闲。但是将allowCoreThreadTimeOut参数设置为true后，核心线程处于空闲一段时间以上，也会被回收。**  
maximumPoolSize（必需）：池中允许的最大线程数。当核心线程全部繁忙且任务队列打满之后，线程池会临时追加线程，直到总线程数达到maximumPoolSize这个上限。  
**keepAliveTime（必需）：线程空闲超时时间。当非核心线程处于空闲状态的时间超过这个时间后，该线程将被回收。将allowCoreThreadTimeOut参数设置为true后，核心线程也会被回收。**  
unit（必需）：keepAliveTime参数的时间单位。有：TimeUnit.DAYS（天）、TimeUnit.HOURS（小时）、TimeUnit.MINUTES（分钟）、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.MICROSECONDS（微秒）、TimeUnit.NANOSECONDS（纳秒）  
**workQueue（必需）：任务队列，采用阻塞队列实现。当核心线程全部繁忙时，后续由execute方法提交的Runnable将存放在任务队列中，等待被线程处理。**  
threadFactory（可选）：线程工厂。指定线程池创建线程的方式。  
**handler（可选）：拒绝策略。当线程池中线程数达到maximumPoolSize且workQueue打满时，后续提交的任务将被拒绝，handler可以指定用什么方式拒绝任务。**

### 三、四种线程池拒绝策略 ###

任务进来时候，先执行判断，判断核心线程是否处于空闲状态，如果不是，核心线程就先执行任务，如果核心线程已满，则判断任务队列是否有地方存放该任务，如果有就将任务保存在任务队列中，等待执行，如果满了，在判断最大可容纳线程数，如果没有超出这个数量，就开创非核心线程执行任务，如果超出了，就调用handler实现拒绝策略。

handler的拒绝策略有四种：

> 第一种AbortPolicy 不执行新任务，直接抛出异常，提示线程已满  
> 第二种DisCardPolicy ：不执行新任务，也不抛出异常  
> 第三种 DisCardOrdSetPolicy 将消息队列的第一个任务替换为当前新进来的任务执行  
> 第四种 CallerRunsPolicy 由调用线程处理该任务，如果任务被拒绝了，则由调用线程 （提交任务的线程）直接执行此任务

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