Java中的线程池简述

曾经终败给现在 2023-10-12 21:03 79阅读 0赞

#### 一、常用的四种线程池 ####

1、Executors.newCachedThreadPool()

创建一个可缓存的线程池，如果线程长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程（线程池为无限大，当执行第二个任务时，若第一个任务已经完成，则会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程），默认缓存60s，线程池的线程数可达到Integer.MAX\_VALUE,内部使用SynchronousQueue作为阻塞队列；

public void executeTaskInCachedThreadPool(Runnable runnable) {
        
            if (cachedThreadPool == null) {
        
                cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
            }
            cachedThreadPool.execute(runnable);
        }

特点：在没有任务执行时，当前线程的空闲时间超过keepAliveTime,会自动释放线程资源；当提交新任务时，如果没有空闲线程，则创建新线程执行任务，会导致一定的系统开销；因此，使用时要注意控制并发的任务数，防止因创建大量的线程导致性能降低。

2、Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)

创建一个指定线程数的线程池，可控制最大并发数，超出的线程会在队列中等待。其中corePoolSize=maxPoolSize,使用LinkedBlockingQueue作为阻塞队列

public void executeTaskInFixedThreadPool(Runnable runnable, int nThreads) {
        
            if (fixedThreadPool == null) {
        
                fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(nThreads);
            }
            fixedThreadPool.execute(runnable);
        }

特点：即使当前线程没有可执行任务时，也不会释放线程。

3、Executors.newSingleThreadExecutor()

创建一个只有一个线程的线程池，它只会用于唯一的工作线程来执行任务，保证所有的任务按照指定顺序（FIFO）执行，内部使用LinkedBlockingQueue作为阻塞队列。

public void executeTaskInSingleThreadExecutor(Runnable runnable) {
        
            ExecutorService singleThreadExecutor = 	Executors.newSingleThreadExecutor();
            singleThreadExecutor.execute(runnable);
        }

特点：如果该线程异常结束，会重新创建一个新的线程继续执行任务，唯一的线程可以保证所提交的任务顺利执行。

4、Executors.newScheduledThreadPool()

创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行

public void executeTaskInScheduledThreadPool(Runnable runnable, int corePoolSize, long delay, TimeUnit unit) {
        
            ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(corePoolSize);
            scheduledExecutorService.schedule(runnable, delay, unit);
        }

注意，这里schedule方法是延迟执行，其中runnable为任务，delay为延迟的时间，unit为延迟的时间单位。  
除了shedule方法外，还有两个方法：sheduleAtFixtedRate()和sheduleWithFixedDelay，这两个方法用于执行周期性任务。

（1）sheduleAtFixedRate

public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
                                                      long initialDelay,
                                                      long period,
                                                      TimeUnit unit);

比如，scheduleAtFixedRate(command, 5, 2, second)

**第一次开始执行是5s后，假如执行耗时1s，那么下次开始执行是7s后，再下次开始执行是9s后。  
如果执行耗时<等待时间,那么将会在任务执行完成后等待【等待时间-执行耗时】，然后再执行下一轮任务。  
如果执行耗时>等于等待时间，那么将会在任务执行完成后立即开始执行下一轮任务。**

（2）sheduleWithFixedDelay

public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
                                                         long initialDelay,
                                                         long delay,
                                                         TimeUnit unit);

比如，scheduleWithFixedDelay(command, 5, 2, second)

第一次开始执行是5s后，假如执行耗时1s，那么执行完成后的时间是6s。下次开始执行是8s后，再下次执行是11s后。它会在任务执行完成后再等待2秒。

特点：初始化的线程是可以在指定的时间内周期性的执行所提交的任务，在实际的业务场景中可以使用该线程池定期地同步数据。

总结：除了newScheduleThreadPool()的内部实现特殊一点之外，其他线程池内部都是基于ThreadPoolExecutor类（Executor的子类）实现的。

#### 二、关于ThreadPoolExecutor构造函数 ####

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

方法参数：

*  corePoolSize：核心线程数
 *  maxmumPoolSize：最大线程数
 *  keepAliveTime：线程存活时间（在corePoolSize<maxPoolSize情况下有用）
 *  timeUnit：存活时间的时间单位
 *  workQueue：阻塞队列（用来保存等待被执行的任务），关于workQueue参数的取值，JDK提供了四种阻塞队列类型：  
    （1）ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，按FIFO排序任务；  
    （2）LinkedBlockingQueue：基于链表数据结构的阻塞队列，按FIFO排序任务。(容量可以选择进行设置，不设置的话，将是一个无边界的阻塞队列，最大长度为Integer.MAX\_VALUE，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue)  
    （3）SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入的操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态。  
    （4）PriorityBlockingQueue：具有优先级的无界阻塞队列，默认情况下元素采用自然顺序升序排列。  
    （5）DelayQueue：延迟队列，任务定时周期延迟执行的队列，根据指定的时间从小到大排序，否则根据插入到队列的先后排序。（newScheduledThreadPool线程池使用了这个队列）
 *  threadFactory： 线程工厂，主要用来创建线程
 *  handler：标识当拒绝处理任务时的策略时（当阻塞队列满了，且没有空闲的工作线程时，如果继续提交任务，必须采取一种策略处理该任务），有以下四种取值：  
    （1）ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。(使用这个策略必须处理抛出的异常，否则会打断当前的执行流程，影响后续的任务执行)  
    （2）ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:也是丢弃任务，但是不抛出异常。  
    （3）ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:丢弃阻塞队列workQueue中最老的任务，然后重新尝试执行任务  
    （4）ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务。（交给线程池调用所在的线程进行处理。由于是主线程自己处理，相当于没有用线程池，一般并发比较小，性能要求不高可以用，否则可能导致程序阻塞）

#### 三、线程池提交任务的方式（2种） ####

1、Executor.execute(Runnable command)

2、ExecutorService.submit(Callable task)

区别：  
**（1）二者接收的参数不一样**  
execute()方法只能接收Runnable类型的参数，而submit()方法可以接收Callable、Runnable两种类型的参数。Callable类型的任务是可以返回执行结果的，而Runnable类型的任务不可以返回执行结果。Callable是JDK1.5加入的执行目标接口，作为Runnable的一种补充，允许有返回值，允许抛出异常。Runnable和Callable的主要区别为：Callable允许有返回值，Runnable不允许有返回值；Runnable不允许抛出异常，Callable允许抛出异常。  
**（2）submit()提交任务后会有返回值，而execute()没有**  
execute()方法主要用于启动任务的执行，而任务的执行结果和可能的异常调用者并不关心。submit()方法也用于启动任务的执行，但是启动之后会返回Future对象，代表一个异步执行实例，可以通过该异步执行实例去获取结果。  
**（3）submit()方便Exception处理**  
execute()方法在启动任务执行后，任务执行过程中可能发生的异常调用者并不关心。而通过submit()方法返回的Future对象（异步执行实例），可以进行异步执行过程中的异常捕获。

#### 四、线程池的关闭（2种） ####

1、shutdown()  
不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务  
2、shutdownNow():  
立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务。

#### 五、线程池的几种状态 ####

**1、RUNNING**  
运行状态，能够接受新的任务且会处理阻塞队列中的任务  
**2、SHUTDOWN**  
关闭状态，不接受新任务，但是会处理阻塞队列中的任务，执行线程池的shutDown()对应的就是此状态  
**3、STOP**  
停止状态，不接受新的任务，也不会处理等待队列中的任务并且会中断正在执行的任务。调用线程池的shutDownNow()对应的是此状态  
**4、TIDYING**  
整理，即所有的任务都停止了，线程池中线程数量等于0，会调用terminated(),如果自己实现线程池的话。  
**5、TERMINATED**  
结束状态，terminated()方法执行完了。

#### 六、问题 ####

**1、JDK线程池具体是如何区分核心线程和非核心线程的？**  
答：分情况讨论，如果allowCoreThreadTimeOut为true，那么对于线程池而言，核心线程和非核心线程最终处理是一样的；如果allowCoreThreadTimeOut为false，则是根据工作线程数量是否大于corePoolSize属性，大于则为非核心线程，否则为非核心线程  
**2、核心线程真的可以一直存活吗？**  
答：如果allowCoreThreadTimeOut为true，则工作队列为空，核心线程一直获取不到任务对象时，核心线程也会像非核心线程一样消亡。(ThreadPoolExecutor的allCoreThreadTimeOut方法)  
**3、非核心线程为什么只能存在一段时间？**  
答：如果Worker对象被判断为非核心线程，从workQueue工作队列中获取任务线程时会有时间限制，如果超出时间还没有获取到任务线程，Worker对象将会消亡；但是allowCoreThreadTimeOut为false核心线程使用的是阻塞获取，将永远不会返回null，因此核心线程这种情况可以一直存在。

#### 七、总结 ####

当提交一个任务时，线程池会创建一个新线程执行任务，直到当前线程数等于corePoolSize；如果当前线程数为corePoolSize，继续提交的任务会被保存到阻塞队列中，等待被执行；如果阻塞队列满了，那就创建新的线程执行当前任务，直到线程池中的线程数达到maxPoolSize，这时再有任务来，只能执行reject()处理该任务；