Java并发编程的艺术笔记-Java中的线程池

合理地使用线程池能够带来3个好处：

• 降低资源消耗(通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗)
• 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)
• 提高线程的可管理性(线程池可以进行统一分配、调优和监控线程)

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1.线程池的实现原理

当提交一个新任务到线程池时，线程池的处理流程如下：

• 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务：
  • 不是则创建一个新的工作线程来执行任务
  • 都在执行任务则进入下个流程
• 线程池判断工作队列是否已经满：
  • 没满则将新提交的任务存储在这个工作队列里
  • 满了则进入下个流程
• 线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态：
  • 没有则创建一个新的工作线程来执行任务
  • 满了则交给饱和策略来处理这个任务

ThreadPoolExecutor执行execute方法分下面4种情况：

• 如果当前运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务(需要获取全局锁)
• 如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue
• 如果BlockingQueue队列已满，则创建新的线程(非核心线程)来处理任务(需要获取全局锁）
• 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize，任务将被拒绝，并调用
  RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法

什么是工作线程？线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程Worker，Worker在执行完任务后，还会循环获取工作队列里的任务来执行

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2.线程池的使用

2.1 线程池的创建

通过new ThreadPoolExecutor(xxx)，其中参数具体含义如下：

• corePoolSize(线程池的基本大小)：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务(即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建，allowCoreThreadTimeOut方法可设置核心线程是否能被回收)
• runnableTaskQueue(任务队列)：用于保存等待执行的任务的阻塞队列(可选择Java并发容器和框架中2.2节介绍的队列)
• maximumPoolSize(线程池最大数量)：线程池允许创建的最大线程数(如果队列满了且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务)
• ThreadFactory：设置创建线程的工厂
• RejectedExecutionHandler(饱和策略)：当队列和线程池都满了，则采取一种策略处理提交的新任务
  • AbortPolicy(默认)：直接抛出异常。
  • CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
  • DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务
  • DiscardPolicy：不处理，丢弃掉且不抛出异常
• keepAliveTime(线程活动保持时间)：线程池的工作线程空闲后保持存活的时间(超过该时长，非核心线程就会被回收)
• TimeUnit(线程活动保持时间的单位)

2.2 向线程池提交任务

可以使用两个方法向线程池提交任务：execute()和submit()

• execute()：用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功

threadsPool.execute(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
		...
    }
})
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• submit()：用于提交需要返回值的任务(返回future类型的对象，该对象可以判断任务是否执行成功且可以通过对象的get()来获取返回值)

Future<Object> future = executor.submit(harReturnValuetask);
    try {
    	Object s = future.get();
    } catch (InterruptedException e) {
    	// 处理中断异常
    } catch (ExecutionException e) {
    	// 处理无法执行任务异常
    } finally {
    	// 关闭线程池
    	executor.shutdown();
}
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2.3 关闭线程池

可通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程

2.4 合理地配置线程池

可以从以下几个角度配置线程池：

• 任务的性质：
  • CPU密集型任务：配置尽可能小的线程(Ncpu+1)，因为CPU密集型任务使得CPU使用率很高，若开过多的线程数能增加上下文切换的次数，带来额外的开销
  • IO密集型任务：配置尽可能多的线程(2*Ncpu)，因为CPU使用率并不高，可以让CPU在等待IO的时候去处理别的任务，充分利用CPU时间
  • 混合型任务：可将任务分成IO密集型和CPU密集型任务(两个任务执行时间相差不大时)，然后分别用不同的线程池去处理
• 任务的优先级：优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理
• 任务的执行时间：可以交给不同规模的线程池来处理
• 任务的依赖性：比如依赖数据库连接池的任务，线程提交SQL后需要等待数据库返回结果，等待的时间越长，CPU空闲时间就越长(相当于IO密集型任务，应设置较大线程数)

2.5 线程池的监控

如果在系统中大量使用线程池，则需要对线程池进行监控，在出现问题时，可根据线程池的使用状况快速定位问题。可使用以下属性：

• taskCount：线程池需要执行的任务数量
• completedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量
• largestPoolSize：线程池里曾经创建过的最大线程数量
• getPoolSize：线程池的线程数量(线线程池不销毁的话，线程池里的线程不会自动销毁)
• getActiveCount：获取活动的线程数
• 重写线程池的beforeExecute、afterExecute和terminated方法进行监控

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3.已有线程池

• 定长线程池(FixedThreadPool)：用于控制线程最大并发数

  • 只有核心线程
  • 线程数量固定
  • 执行完立即回收
  • 任务队列为链表结构的有界队列(消耗内存)

• 定时线程池(ScheduledThreadPool)：用于执行定时或周期性的任务

  • 核心线程数量固定
  • 非核心线程数量无限(线程过多导致内存溢出)
  • 执行完闲置10ms后回收
  • 任务队列为延时阻塞队列

• 可缓存线程池(CachedThreadPool)：执行大量且耗时少的任务

  • 无核心线程
  • 非核心线程数量无限(线程过多导致内存溢出)
  • 执行完闲置60s后回收
  • 任务队列为不存储元素的阻塞队列

• 单线程化线程池(SingleThreadExecutor)：应用于不适合并发但可能引起IO阻塞性及影响UI线程响应的操作，如数据库操作

  • 只有1个核心线程
  • 无非核心线程
  • 执行完立即回收
  • 任务队列为链表结构的有界队列(消耗内存)

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