多线程（初阶九：线程池）

你的名字 2024-02-05 07:35 97阅读 0赞

**目录**

一、线程池的由来

二、线程池的简单介绍

1、ThreadPoolExecutor类

（1）核心线程数和最大线程数：

（2）保持存活时间和存活时间的单位

（3）放任务的队列

（4）线程工厂

（5）拒绝策略

2、Executors类

3、线程池的执行流程

4、讨论线程池中创建多少线程合适

三、线程池的模拟实现

（1）阻塞队列：存放要执行的任务

（2）submit方法：添加任务的方法，任务添加到队列中

（3）构造方法：指定创建多少个线程，线程在这个构造方法中都创建好了

（4）存放线程的链表：每创建一个线程都放进链表中，这样也能让我们找到某个线程

（5）最终代码（ + 测试用例）

都看到这了，点个赞再走吧，谢谢谢谢谢

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## 一、线程池的由来 ##

最开始，进程可以解决并发编程的问题，但是这个代价太大了，于是引入了 “轻量级进程” ：线程

线程也能解决并发编程的问题，而且线程的开销比进程要小的多，但是线程如果太多了，创建销毁线程的频率进一步提高，此时的线程创建销毁的开销就不能忽视了。

为了解决上述问题，大佬们给出了两个解决方案：

**（1）引入 “轻量级线程”：纤程 / 协程**

协程的本质是程序猿在用户态代码中进行调度，不是靠内核的调度器调度的，这样就节省了很多开销；协程是在用户代码中，基于线程封装出来的，可能是N个协程对应1个线程，也可能是N个协程对应M个线程。

**（2）引入 “线程池”**

线程池的概念：创建一个线程，这个线程执行完，不会把这个线程给销毁，而是把这个线程放到线程池中，当我们需要用这个线程的时候，再从线程池中拿，不需要的时候，就放在线程池中，并不会销毁它；这样，就省去了频繁的创建销毁线程了。

为啥从线程池中取线程 比 从系统中申请线程的创建更高效呢？

**举个栗子：**

假设在银行场景中，滑稽老铁要去这个银行办理一个业务，一般银行中大堂有复印机；这时，滑稽老铁没有带身份证复印件，此时滑稽老铁要去搞到身份证复印件，有两个选择，其一选择：把身份证给柜员，让柜员帮滑稽老铁复印，但是这个操作是不可控的，可能这个柜员中途被老板安排了其他活，那这个时候，就不能帮滑稽老铁复印身份证了，要等忙完老板安排的活，再帮滑稽老铁复印身份证；其二选择：滑稽老铁自己去大堂中复印身份证，这样就比较可控了，滑稽老铁可以很快的去到打印机，立马复印出来，再去办理他的业务。如图：

![7b3a7f488cea46edbc0112145f2a5b8b.png][]

这里的大堂就是用户态，柜台就是内核态，**从线程池中取线程，是纯用户态代码（可控） 通过系统申请创建线程，需要内核完成（不可控）**

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## 二、线程池的简单介绍 ##

### 1、ThreadPoolExecutor类 ###

ThreadPoolExecutor参数最多的构造方法，明白了这个构造方法，其他构造方法的参数也就都明白了，如图：

![f19e949f24b54a41b34a332f58e972a4.png][]

#### （1）核心线程数和最大线程数： ####

> ![654b63ffb6d54eb88fb62a5c42a7588a.png][]
> 
> **corePoolSize核心线程数：**正式员工线程
> 
> **maximumPoolSize最大线程数：**正式员工线程 + 实习员工线程
> 
>  **举个栗子：**一个公司中有10个正式员工，这10个正式员工是不能随便开除的，当这10个正式员工忙不过来的时候，公司为了降低成本，会招聘实习员工，而这几个实习员工是可以随便开除的，当公司稳定一段时间不忙后，就会开除几个实习员工。

#### （2）保持存活时间和存活时间的单位 ####

> ![d9ed2aeddd374f54aa402ac22b7a604d.png][]![d4a6073f8adc4ae59ccd301c8bcd5725.png][]
> 
> **KeepAliveTime保持存活时间：**实习生线程允许摸鱼的最大时间
> 
> **unit存活时间的单位：**可以是hour 、 min 、 s 、 ms

#### （3）放任务的队列 ####

> ![e81134c81e2e4991b774f4e94a5d9052.png][]
> 
> 和定时器类似，线程池中也可以持有多个任务，要执行的任务，使用Runnable来描述任务。

#### （4）线程工厂 ####

> ![90e781ad12744d3a87c584623d595408.png][]
> 
> 通过这个工厂类创建线程对象（Thread对象），工厂类里面有方法封装了new Thread的操作，同时给Thread设置了一些属性，我们想要创建线程的时候可以直接使用工厂类的方法创建。
> 
> **举个栗子：**
> 
> 描述一个点，可以用二维坐标和极坐标来表示：二维坐标：（x，y） 极坐标：（r，α）
> 
> 这里，通过new一个类来得到一个点，这个类里有两个构造方法，参数分别是（double x，double y），（double r，double α），那么这两个构造方法的参数类型都一样，构成不了重载，如图：
> 
> ![ea8a1696beff4311b345dcb51f64fca6.png][]
> 
> 那我们就改方法名不就好了，在使用static修饰，通过不同的方法名获取类，在方法里new一个类，里面设置一些参数，再返回这个类，如图：
> 
> ![9d2e3c91be4f4958bf80477a30226be8.png][]
> 
> 这样的的类，就称为工厂类，工厂类里面得到类的方法就称为工厂方法。
> 
> 总的来说，通过静态方法new了一个对象，在这个静态方法设置不同的属性，构造对象的过程，就称为工厂模式。

#### （5）拒绝策略 ####

> ![9a978d7b34664049becc50f694fe7142.png][]
> 
> 在线程池中有一个阻塞队列，这个队列容纳线程有上限，如果这个任务队列满了，这时有往再添加任务，会发生啥事？
> 
> 这就引出了拒绝策略，在线程池中，会有四个拒绝策略，如图：
> 
> ![feb96e7b10c3446993177469adbc7d08.png][]
> 
> **第一个策略：**会直接抛出一个异常，这样，旧的任务执行不了，新的任务也执行不了
> 
> **第二个策略：**把新的任务丢给添加任务队列的线程执行，不给入队列，同时旧的任务依然在执行
> 
> **第三个策略：**把最旧的任务丢弃，添加最新的任务进来
> 
> **第四个策略：**直接把新的任务丢弃了，不执行新的任务，旧的任务会继续执行

### 2、Executors类 ###

ThreadPoolExecutor类本身使用起来比较复杂，标准库给我们提供了另一个版本：把ThreadPoolExecutor封装了一下，这个类就是Executor类，通过这个类创建出不同的线程池对象，在其内部，已经把ThreadPoolExecutor创建好了，并且设置了一些参数。

Executor的简单使用，其中主要方法有一下4个，如图：

> ![13e1ee195579470187285235211dbdae.png][]
> 
> 我们创建一个固定线程数目的线程池，再往里添加任务
> 
> 代码：
> 
>     public class ThreadPoolTest {
>         public static void main(String[] args) {
>             ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(4);
>             service.submit(new Runnable() {
>                 @Override
>                 public void run() {
>                     System.out.println("hello word");
>                 }
>             });
>         }
>     }
> 
> 执行结果：
> 
> ![5a28bd7b68ec49aeb66aae78730a28ed.png][]

那啥时候使用Executor，啥时候使用ThreadPoolExecutor呢？

网上流传了 阿里巴巴java开发编程规范，里面写了不建议使用Executor，而且一定要使用ThreadPoolExecutor，里面说用ThreadPoolExecutor意味着一切都在掌控之中，可以避免一些不必要的因素；我们可以作为参考，不必奉为金科玉律，他们两各有各的优缺点，这也要以以后入职的公司编程规范为准。

### 3、线程池的执行流程 ###

> （1）当有有任务要让线程池里面的线程执行时，会比较工作线程数和核心线程数， 如果工作线程数 < 核心线程数，则会直接安排线程去执行这个任务。
> 
> （2）当工作线程数 > 核心线程数，即线程池中的核心线程数满了，会添加进阻塞任务队列中，天气任务队列前也会判断任务队列是不是空，是空就阻塞等待。
> 
> （3）如果线程池中的存活线程数 == 核心线程数，并且阻塞任务队列也满了，此时会判断是否到了最大线程数：maximumPoolSize，如果没有到达，就会让非核心线程去执行这个任务。
> 
> （4）如果当前线程数到达了最大线程数，则会执行拒绝策略。

### 4、讨论线程池中创建多少线程合适 ###

假设一个进程中，所有线程都是cpu密集型，这时每个线程的工作都是在cpu上执行的，此时，线程池中的数目就不应该超过N（cpu的逻辑核心线程数）

如果一个进程中，所有线程都是IO密集型的，这时每个线程的大部分工作都是在等待IO，此时，线程池中的数目就可以远远超过N（cpu的逻辑核心线程数）

上述情况都是极端情况，实际上一个进程中的线程，有cpu密集型的，也有IO密集型的，只是比例不同。由于程序的复杂性，很难直接对线程池进行预估，更准确的做法是通过实验 / 测试的方法，找出合适的线程数目；也就是尝试给线程池设定不同的线程，对不同线程情况线程池执行的效率、性能进行评估，找到合适的线程数目。

##  ##

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## 三、线程池的模拟实现 ##

模拟线程数目固定的线程池

### （1）阻塞队列：存放要执行的任务 ###

代码：

//阻塞队列：存放要执行的任务
    private BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<>(5);

### （2）submit方法：添加任务的方法，任务添加到队列中 ###

代码：

//提供submit方法，可以添加任务
    public void submit(Runnable runnable) throws InterruptedException {
        queue.put(runnable);
    }

### （3）构造方法：指定创建多少个线程，线程在这个构造方法中都创建好了 ###

public MyThreadPoolExecutor(int n) {
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                Thread t = new Thread(() -> {
                    while (true) {
                        try {
                            //取出一个任务
                            Runnable runnable = queue.take();
                            //执行任务
                            runnable.run();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                });
                t.start();
                list.add(t);
            }
        }

**解析：**线程里面，取出一个任务就执行这个任务，如果队列里没有任务，就会阻塞等待，等有任务，再执行任务，如此循环往复；每创建一个线程，都要放进链表中，也要记得start。

### （4）存放线程的链表：每创建一个线程都放进链表中，这样也能让我们找到某个线程 ###

代码：

//存放线程的链表
    List<Thread> list = new ArrayList<>();

### （5）最终代码（ + 测试用例） ###

class MyThreadPoolExecutor {
        //存放线程的链表
        List<Thread> list = new ArrayList<>();
        //阻塞队列：存放要执行的任务
        private BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<>(5);
        //提供submit方法，可以添加任务
        public void submit(Runnable runnable) throws InterruptedException {
            queue.put(runnable);
        }
        public MyThreadPoolExecutor(int n) {
            for (int i = 0; i < n; i++) {
                Thread t = new Thread(() -> {
                    while (true) {
                        try {
                            //取出一个任务
                            Runnable runnable = queue.take();
                            //执行任务
                            runnable.run();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }
                });
                t.start();
                list.add(t);
            }
        }
    }
    public class MyThreadPoolExecutorTest {
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            MyThreadPoolExecutor myThreadPoolExecutor = new MyThreadPoolExecutor(4);
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                //变量捕获
                int n = i;
                myThreadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        System.out.println("执行任务:" + n + "，当前线程：" + Thread.currentThread().getName());
                    }
                });
            }
        }
    }

**测试用例：**指定线程池的数目为4个线程，添加1000次任务到阻塞队列中，让着4个线程从阻塞队列中拿任务，再执行任务，任务：打印0~1000，并显示是哪个线程打印的；

**注意：**这里我们打印那里我们不能直接放 i ，这里涉及到变量捕获，不能编译通过，但他们可以在循环里创建一个变量，把 i 的值赋值给这个变量，再打印 n，这样每循环一次，都会创建一个成员变量，这个成员变量也不会变，预期也和我们想要预期效果一样。

**执行结果，如图：**

![aab44e8b980d4073835bd81550765fc7.png][]

可以看到，并不是顺序打印1~1000的，因为不同线程拿到任务的时机不同，多线程执行的顺序也是随机的。

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## 都看到这了，点个赞再走吧，谢谢谢谢谢 ##

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