java 线程池

线程池

什么是线程池技术？ 其实，线程池就是一个可以复用线程的技术。要理解什么是线程复用技术，我们先得看一下不使用线程池会有什么问题，理解了这些问题之后，我们在解释线程复用同学们就好理解了。

假设：用户每次发起一个请求给后台，后台就创建一个新的线程来处理，下次新的任务过来肯定也会创建新的线程，如果用户量非常大，创建的线程也讲越来越多。然而，创建线程是开销很大的，并且请求过多时，会严重影响系统性能。
而使用线程池，就可以解决上面的问题。线程池内部会有一个容器，存储几个核心线程，假设有3个核心线程，这3个核心线程可以处理3个任务。
但是任务总有被执行完的时候，假设第1个线程的任务执行完了，那么第1个线程就空闲下来了，有新的任务时，空闲下来的第1个线程可以去执行其他任务。依此内推，这3个线程可以不断的复用，也可以执行很多个任务。
所以，线程池就是一个线程复用技术，它可以提高线程的利用率。

创建线程池 ExecutorService ThreadPoolExecutor

在JDK5版本中提供了代表线程池的接口ExecutorService，而这个接口下有一个实现类叫ThreadPoolExecutor类，使用ThreadPoolExecutor类就可以用来创建线程池对象。下面是它的构造器，参数比较多

用这7个参数的构造器来创建线程池的对象。代码如下

ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(
    3,	//核心线程数有3个
    5,  //最大线程数有5个。   临时线程数=最大线程数-核心线程数=5-3=2
    8,	//临时线程存活的时间8秒。 意思是临时线程8秒没有任务执行，就会被销毁掉。
    TimeUnit.SECONDS,//时间单位（秒）
    new ArrayBlockingQueue<>(4), //任务阻塞队列，没有来得及执行的任务在任务队列中等待
    Executors.defaultThreadFactory(), //用于创建线程的工厂对象
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() //拒绝策略
);
1
2
3
4
5
6
7
8
9

关于线程池，我们需要注意下面的两个问题
临时线程什么时候创建？

注意！新任务提交时，发现核心线程都在忙、并且任务队列满了、并且还可以创建临时线程，此时会创建临时线程。
注意是任务队列满了之后才会创建临时线程 而不是临时线程满了才加入任务队列
1
2

什么时候开始拒绝新的任务？

核心线程和临时线程都在忙、任务队列也满了、新任务过来时才会开始拒绝任务。
1

线程池执行Runnable任务

创建好线程池之后，接下来我们就可以使用线程池执行任务了。线程池执行的任务可以有两种，一种是Runnable任务；一种是callable任务。下面的execute方法可以用来执行Runnable任务。

先准备一个线程任务类

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        // 任务是干啥的？
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ==> 输出666~~");
        //为了模拟线程一直在执行，这里睡久一点
        try {
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

下面是执行Runnable任务的代码，注意阅读注释，对照着前面的7个参数理解。

ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(
    3,	//核心线程数有3个
    5,  //最大线程数有5个。   临时线程数=最大线程数-核心线程数=5-3=2
    8,	//临时线程存活的时间8秒。 意思是临时线程8秒没有任务执行，就会被销毁掉。
    TimeUnit.SECONDS,//时间单位（秒）这是一个枚举类型 可以选择想要的单位
    new ArrayBlockingQueue<>(4), //任务阻塞队列，没有来得及执行的任务在，任务队列中等待 基于数组实现 可以控制等待队列大小
    //这里阻塞队列还可以是new LinkedBlockingQueue<>() 基于链表实现不限制大小 即不限制等待任务数量
    Executors.defaultThreadFactory(), //用于创建线程的工厂对象
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() //拒绝策略
);

Runnable target = new MyRunnable();
pool.execute(target); // 线程池会自动创建一个新线程，自动处理这个任务，自动执行的！
pool.execute(target); // 线程池会自动创建一个新线程，自动处理这个任务，自动执行的！
pool.execute(target); // 线程池会自动创建一个新线程，自动处理这个任务，自动执行的！
//下面4个任务在任务队列里排队
pool.execute(target);
pool.execute(target);
pool.execute(target);
pool.execute(target);

//下面2个任务，到了临时线程的创建时机了
pool.execute(target);
pool.execute(target);

// 到了新任务的拒绝时机了！
pool.execute(target);


//pool.shutdown();//等待任务执行完关闭线程池
//List runnables = pool.shutdownNow();/立即关闭线程池 停止正在执行的任务 返回队列中未执行的任务
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

执行结果:

pool-1-thread-5 ==> 输出666~~
main ==> 输出666~~
pool-1-thread-1 ==> 输出666~~
pool-1-thread-3 ==> 输出666~~
pool-1-thread-4 ==> 输出666~~
pool-1-thread-2 ==> 输出666~~
//其中123是核心线程执行的 45是临时线程执行的
//注意程序还是一直运行的 线程池不会自动关闭 设计出来就是一直服务的
//main输出是因为使用了CallerRunsPolicy()拒绝策略 新来的要拒绝的任务由主线程main执行了
1
2
3
4
5
6
7
8
9

线程池执行Callable任务

Callable任务相对于Runnable任务来说，就是多了一个返回值。
执行Callable任务需要用到上面ExecutorService的submit方法

先准备一个Callable线程任务

public class MyCallable implements Callable<String> {
    private int n;
    public MyCallable(int n) {
        this.n = n;
    }

    // 2、重写call方法
    @Override
    public String call() throws Exception {
        // 描述线程的任务，返回线程执行返回后的结果。
        // 需求：求1-n的和返回。
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            sum += i;
        }
        return Thread.currentThread().getName() + "求出了1-" + n + "的和是：" + sum;
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

再准备一个测试类，在测试类中创建线程池，并执行callable任务。

public class ThreadPoolTest2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1、通过ThreadPoolExecutor创建一个线程池对象。
        ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(
            3,
            5,
            8,
            TimeUnit.SECONDS, 
            new ArrayBlockingQueue<>(4),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

        // 2、使用线程处理Callable任务。
        Future<String> f1 = pool.submit(new MyCallable(100));
        Future<String> f2 = pool.submit(new MyCallable(200));
        Future<String> f3 = pool.submit(new MyCallable(300));
        Future<String> f4 = pool.submit(new MyCallable(400));

        // 3、执行完Callable任务后，需要获取返回结果。
        System.out.println(f1.get());
        System.out.println(f2.get());
        System.out.println(f3.get());
        System.out.println(f4.get());
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

某次执行后，结果如下图所示

pool-1-thread-1求出了1-100的和是：5050
pool-1-thread-2求出了1-200的和是：20100
pool-1-thread-3求出了1-300的和是：45150
pool-1-thread-3求出了1-400的和是：80200
1
2
3
4

核心线程数量到底应该配置多少呢？

根据经验法则，大致参考以下原则:
如果是计算密集型的任务：核心线程数量 = CPU的核数 + 1
如果是IO密集型的任务：核心线程数量 = CPU核数 * 2
1
2
3

CPU核数查看，这个cpu是16核。

线程池工具类（Executors）

有同学可能会觉得前面创建线程池的代码参数太多、记不住，有没有快捷的创建线程池的方法呢？有的。Java为开发者提供了一个创建线程池的工具类，叫做Executors，它提供了方法可以创建各种不能特点的线程池。如下图所示

接下来，我们演示一下创建固定线程数量的线程池。这几个方法用得不多，所以这里不做过多演示，同学们了解一下就行了。

public class ThreadPoolTest3 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1、通过Executors创建一个线程池对象。
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(17);

        // 2、使用线程处理Callable任务。
        Future<String> f1 = pool.submit(new MyCallable(100));
        Future<String> f2 = pool.submit(new MyCallable(200));
        Future<String> f3 = pool.submit(new MyCallable(300));
        Future<String> f4 = pool.submit(new MyCallable(400));

        System.out.println(f1.get());
        System.out.println(f2.get());
        System.out.println(f3.get());
        System.out.println(f4.get());
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

Executors创建线程池这么好用，为什么不推荐同学们使用呢？原因在这里：看下图，这是《阿里巴巴Java开发手册》提供的强制规范要求，在大型并发系统环境中容易出bug。

补充知识

补充几个概念性的知识点,知道这些概念什么意思就可以了。

并发和并行

先来了解一下什么是进程、线程？

正常运行的程序（软件）就是一个独立的进程
线程是属于进程，一个进程中包含多个线程
进程中的线程其实并发和并行同时存在
1
2
3

可以打开系统的任务管理器看看（快捷键：Ctrl+Shfit+Esc），自己的电脑上目前有哪些进程。

什么是并发？

进程中的线程由CPU负责调度执行，但是CPU同时处理线程的数量是有限的，为了保证全部线程都能执行到，CPU采用轮询机制为系统的每个线程服务，由于CPU切换的速度很快，给我们的感觉这些线程在同时执行，这就是并发。
简单记：并发就是多条线程交替执行

什么是并行？

并行指的是，多个线程同时被CPU调度执行。如下图所示，多个CPU核心在执行多条线程

多线程到底是并发还是并行呢？

其实多个线程在我们的电脑上执行，并发和并行是同时存在的。

线程的生命周期

在Thread类中有一个嵌套的枚举类叫Thread.Status，这里面定义了线程的6中状态。如下图所示

NEW: 新建状态，线程还没有启动
RUNNABLE: 可以运行状态，线程调用了start()方法后处于这个状态
BLOCKED: 锁阻塞状态，没有获取到锁处于这个状态
WAITING: 无限等待状态，线程执行时被调用了wait方法处于这个状态
TIMED_WAITING: 计时等待状态，线程执行时被调用了sleep(毫秒)或者wait(毫秒)方法处于这个状态
TERMINATED: 终止状态, 线程执行完毕或者遇到异常时，处于这个状态。
1
2
3
4
5
6

这几种状态之间切换关系如下图所示