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Java线程池学习

时间:2024-08-13 18:25:43浏览次数:16  
标签:Java String java 学习 线程 executor import public

Java线程池学习


线程池是Java并发编程中的一个重要工具,它能够有效地管理和控制线程的生命周期,从而提高程序的性能和响应能力。

一、线程池基础

1 定义

线程池是一种多线程处理形式,它通过预先创建一定数量的线程并将它们组织成一个池,来重用已存在的线程处理新提交的任务。这种做法可以避免频繁创建和销毁线程所带来的开销,同时还能有效控制并发线程的数量,避免过多线程消耗过多资源导致系统崩溃。

2 优点

  • 资源复用:避免了频繁创建和销毁线程的开销。
  • 控制最大并发数:限制系统中并发线程的数量,防止过度消耗系统资源。
  • 提高响应速度:线程池中的线程通常处于等待状态,一旦有新任务提交,就可以立即处理。
  • 方便管理线程:统一管理线程的创建、分配和回收过程。

3 基本组件

  • 核心线程数 (corePoolSize):线程池中保持的最小线程数量。
  • 最大线程数 (maximumPoolSize):线程池允许的最大线程数量。
  • 空闲线程存活时间 (keepAliveTime):当线程池中的线程数量超过corePoolSize时,多余的空闲线程等待新任务的最长时间。
  • 任务队列 (workQueue):用来存储等待执行的任务的阻塞队列。
  • 线程工厂 (threadFactory):用于创建新线程的对象。
  • 拒绝策略 (handler):当任务太多而无法被处理时采取的策略。

二、Java线程池实现

1 Executor接口

Executor接口定义了一个方法execute(Runnable command),用于执行给定的任务。为了提供更丰富的功能,Java提供了ExecutorService接口作为扩展。

2 ExecutorService接口

ExecutorService接口继承自Executor,它增加了更多管理线程的方法,如shutdown()isShutdown()isTerminated()等。

3 ThreadPoolExecutor类

ThreadPoolExecutor是Java中最常用的线程池实现类,它提供了丰富的配置选项和控制机制。

3.1 创建线程池实例
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 核心线程数
        int corePoolSize = 5;
        // 最大线程数
        int maximumPoolSize = 10;
        // 空闲线程存活时间
        long keepAliveTime = 2L;
        // 时间单位
        TimeUnit unit = TimeUnit.MINUTES;
        // 工作队列
        LinkedBlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
        // 线程工厂
        ThreadFactory threadFactory = r -> new Thread(r);
        // 拒绝策略
        RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy();

        // 创建线程池
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
            corePoolSize,
            maximumPoolSize,
            keepAliveTime,
            unit,
            workQueue,
            threadFactory,
            handler
        );

        // 提交任务
        for (int i = 0; i < 15; i++) {
            Runnable worker = new WorkerThread("Task " + i);
            executor.execute(worker);
        }

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }

    static class WorkerThread implements Runnable {
        private String command;

        public WorkerThread(String s) {
            this.command = s;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start. Command = " + command);
            processCommand();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
        }

        private void processCommand() {
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        @Override
        public String toString() {
            return this.command;
        }
    }
}

三、执行策略

Java提供了几种预定义的执行策略,这些策略可以简化线程池的创建过程。

1 直接提交策略 (DirectSubmissionExecutor)

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class DirectSubmissionExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Runnable worker = new WorkerThread("Task " + i);
            executor.execute(worker);
        }
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }

    static class WorkerThread implements Runnable {
        private String command;

        public WorkerThread(String s) {
            this.command = s;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start. Command = " + command);
            processCommand();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
        }

        private void processCommand() {
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        @Override
        public String toString() {
            return this.command;
        }
    }
}

2 固定线程数策略 (FixedThreadPool)

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class FixedThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Runnable worker = new WorkerThread("Task " + i);
            executor.execute(worker);
        }
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }

    static class WorkerThread implements Runnable {
        private String command;

        public WorkerThread(String s) {
            this.command = s;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start. Command = " + command);
            processCommand();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
        }

        private void processCommand() {
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        @Override
        public String toString() {
            return this.command;
        }
    }
}

3 缓存线程池策略 (CachedThreadPool)

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CachedThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Runnable worker = new WorkerThread("Task " + i);
            executor.execute(worker);
        }
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }

    static class WorkerThread implements Runnable {
        private String command;

        public WorkerThread(String s) {
            this.command = s;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start. Command = " + command);
            processCommand();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
        }

        private void processCommand() {
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        @Override
        public String toString() {
            return this.command;
        }
    }
}

4 定时任务线程池 (ScheduledThreadPool)

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ScheduledThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService scheduledExecutor = Executors.newScheduledThreadPool(5);

        // 定时执行任务
        scheduledExecutor.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println("Executing task at " + System.currentTimeMillis()), 0, 5, TimeUnit.SECONDS);

        // 延迟执行任务
        scheduledExecutor.schedule(() -> System.out.println("Executing delayed task at " + System.currentTimeMillis()), 10, TimeUnit.SECONDS);

        // 停止调度
        try {
            Thread.sleep(60000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        scheduledExecutor.shutdown();
    }
}

四、拒绝策略

当任务队列已满且线程池中的线程数量达到最大值时,线程池将采取一定的拒绝策略。

1 AbortPolicy

抛出RejectedExecutionException异常。

2 CallerRunsPolicy

由调用者所在的线程来运行任务。

3 DiscardPolicy

丢弃任务但不抛出异常。

4 DiscardOldestPolicy

丢弃队列中最老的任务,并尝试再次提交新的任务。

5 自定义拒绝策略

import java.util.concurrent.*;

public class CustomRejectPolicyExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
            2,
            5,
            10,
            TimeUnit.SECONDS,
            new ArrayBlockingQueue<>(3),
            new CustomRejectedExecutionHandler()
        );

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Runnable worker = new WorkerThread("Task " + i);
            executor.execute(worker);
        }

        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }

    static class CustomRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {
        @Override
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
            System.out.println("Task " + r.toString() + " rejected from " +
                    executor.toString());
        }
    }

    static class WorkerThread implements Runnable {
        private String command;

        public WorkerThread(String s) {
            this.command = s;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Start. Command = " + command);
            processCommand();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " End.");
        }

        private void processCommand() {
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        @Override
        public String toString() {
            return this.command;
        }
    }
}

五、线程池的配置与管理

1 配置核心参数

合理设置线程池的核心参数非常重要,以确保线程池能够在不同负载下高效运行。

2 监控与管理

监控线程池的状态,包括活动线程数、队列长度等,有助于及时发现和解决问题。

3 关闭线程池

正确关闭线程池可以避免资源泄露等问题。

六、应用案例

1 Web服务器场景

在Web服务器中,线程池可以用来处理HTTP请求。每个HTTP请求都会被分配到一个线程池中的线程上进行处理。这可以提高服务器的响应能力和吞吐量。

示例代码
import java.io.IOException;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class WebServerExample {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建固定大小的线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(50);

        // 创建服务器监听端口
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        System.out.println("Server started on port 8080");

        try {
            while (true) {
                Socket clientSocket = serverSocket.accept();
                Runnable worker = new ClientHandler(clientSocket);
                executor.execute(worker);
            }
        } finally {
            serverSocket.close();
            executor.shutdown();
        }
    }

    static class ClientHandler implements Runnable {
        private final Socket socket;

        public ClientHandler(Socket socket) {
            this.socket = socket;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println("Handling request from " + socket.getInetAddress().getHostAddress());
                // 处理客户端请求
                // ...
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                try {
                    socket.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

2 批处理任务

利用线程池可以高效地处理大量任务,比如文件批量处理、数据计算等。

示例代码
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.IntStream;

public class BatchProcessingExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建可缓存线程池
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();

        // 创建一批任务
        List<Runnable> tasks = IntStream.range(0, 1000)
                .boxed()
                .map(i -> new Task("Task " + i))
                .collect(Collectors.toList());

        // 提交任务到线程池
        tasks.forEach(executor::submit);

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all tasks");
    }

    static class Task implements Runnable {
        private String name;

        public Task(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("Processing " + name);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 模拟处理任务
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3 异步处理

线程池在异步处理中非常有用,可以用来处理后台任务,避免阻塞主线程。

示例代码
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class AsyncProcessingExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建固定大小的线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);

        // 提交异步任务
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Runnable worker = new AsyncWorker("Task " + i);
            executor.execute(worker);
        }

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all async tasks");
    }

    static class AsyncWorker implements Runnable {
        private String name;

        public AsyncWorker(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("Starting " + name);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 模拟异步处理
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("Completed " + name);
        }
    }
}

七、性能考虑

1 吞吐量与延迟

不同的策略下,线程池的吞吐量和延迟表现会有所不同。

2 资源利用率

线程池可以提高系统的资源利用率,尤其是在高并发场景下。

八、参考资料

标签:Java,String,java,学习,线程,executor,import,public
From: https://blog.csdn.net/weixin_42564451/article/details/141169926

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