线程池
1. 什么是线程池?
线程池内部维护了若干个线程,没有任务的时候,这些线程都处于等待空闲状态。如果有新的线程任务,就分配一个空闲线程执行。如果所有线程都处于忙碌状态,线程池会创建一个新线程进行处理或者放入队列(工作队列)中等待。
2.线程池常用类和接口
在Java标准库提供了如下几个类或接口,来操作并使用线程池:
1.ExecutorService接口:进行线程池的操作访问;
2.Executors类:创建线程池的工具类;
3.ThreadPoolExecutor及其子类:封装线程池的核心参数和运行机制;
线程池的基本使用方式:
// 线程池基本使用方式
// 创建一个ThreadPoolExecutor类型的对象,代表固定大小的线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); // 该线程池拥有3个线程
// 执行线程任务
executor.execute(task1);
executor.execute(task2);
executor.execute(task3);
executor.execute(task4);
executor.execute(task5);
// 使用结束后,使用shutdown关闭线程池
executor.shutdown();
3.线程池常见方法
●执行无返回值的线程任务:void execute(Runnable command);
●提交有返回值的线程任务:Future submit(Callable task);
●关闭线程池:void shutdown(); 或 shutdownNow();
●等待线程池关闭:boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit);
3.1 执行线程任务
execute()只能提交Runnable类型的任务,没有返回值,而submit()既能提交Runnable类型任务也能提交Callable类型任务,可以返
回Future类型结果,用于获取线程任务执行结果。
execute()方法提交的任务异常是直接抛出的,而submit()方法是捕获异常,当调用Future的get()方法获取返回值时,才会抛出异常。
// 计算1-100w的之间所有数字的累加和,每10w个数字交给1个线程处理
// 创建一个固定大小的线程池:
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
// 创建集合,用于保存Future执行结果
List<Future<Integer>> futureList = new ArrayList<Future<Integer>>();
// 每10w个数字,封装成一个Callable线程任务,并提交给线程池
for (int i = 0; i <= 900000; i += 100000) {
Future<Integer> result = executorService.submit(new CalcTask(i+1, i + 100000));
futureList.add(result);
}
// 处理线程任务执行结果
try {
int result = 0;
for (Future<Integer> f : futureList) {
result += f.get();
}
System.out.println("最终计算结果" + result);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
// 关闭线程池
// 省略.....
运行结果:最终计算结果:1784293664
3.2关闭线程池
线程池在程序结束的时候要关闭。使用shutdown()方法关闭线程池的时候,它会等待正在执行的任务先完成,然后再关闭。
shutdownNow()会立刻停止正在执行的任务;
当使用awaitTermination()方法时,主线程会处于一种等待的状态,按照指定的timeout检查线程池。
第一个参数指定的是时间,第二个参数指定的是时间单位(当前是秒)。返回值类型为boolean型。
如果等待的时间超过指定的时间,但是线程池中的线程运行完毕,awaitTermination()返回true。
如果等待的时间超过指定的时间,但是线程池中的线程未运行完毕,awaitTermination()返回false。
如果等待时间没有超过指定时间,则继续等待。
该方法经常与shutdown()方法配合使用,用于检测线程池中的任务是否已经执行完毕:
// 线程池已提交或执行若干个任务
// 关闭线程池:必须等待任务执行结束后,线程池才会关闭
executorService.shutdown();
// 每隔1秒钟,检查一次线程池的任务执行状态
while(!executorService.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS)) {
System.out.println("还没有关闭!");
}
System.out.println("已关闭!");
4.线程池的执行流程重要
●1. 提交一个新线程任务,线程池会在线程池中分配一个空闲线程,用于执行线程任务;
●2. 如果线程池中不存在空闲线程,则线程池会判断当前“存活的线程数”是否小于核心线程数corePoolSize。
○如果小于核心线程数corePoolSize,线程池会创建一个新线程(核心线程)去处理新线程任务;
○如果大于核心线程数corePoolSize,线程池会检查工作队列;
■如果工作队列未满,则将该线程任务放入工作队列进行等待。线程池中如果出现空闲线程,将从工作队列中按照FIFO的规则取出1个线程任务并分配执行;
■如果工作队列已满,则判断线程数是否达到最大线程数maximumPoolSize;
●如果当前“存活线程数”没有达到最大线程数maximumPoolSize,则创建一个新线程(非核心线程)执行新线程任务;
●如果当前“存活线程数”已经达到最大线程数maximumPoolSize,直接采用拒绝策略处理新线程任务;
综上所述,执行顺序为:核心线程、工作队列、非核心线程、拒绝策略。
5.线程池的配置参数重要
●corePoolSize线程池核心线程数:也可以理解为线程池维护的最小线程数量,核心线程创建后不会被回收。大于核心线程数的线程,在空闲时间超过keepAliveTime后会被回收;
○在创建了线程池后,默认情况下,线程池中并没有任何线程,当调用 execute() 方法添加一个任务时,如果正在运行的线程数量小于corePoolSize,则马上创建新线程并运行这个任务。
○IO密集计算:由于 I/O 设备的速度相对于 CPU来说都很慢,所以大部分情况下,I/O 操作执行的时间相对于 CPU 计算来说都非常长,这种场景我们一般都称为 I/O 密集型计算。最佳线程数 =CPU 核数 * [ 1 +(I/O 耗时 / CPU 耗时)]。
○CPU密集型:CPU 密集型计算大部分场景下都是纯 CPU 计算,多线程主要目的是提升CPU利用率,最佳线程数 =“CPU 核心数 +1”。这样的话,当线程因为偶尔的内存页失效或其他原因导致阻塞时,这个额外的线程可以临时替补,从而保证 CPU 的利用率。
●maximumPoolSize线程池最大线程数:线程池允许创建的最大线程数量;(包含核心线程池数量)
●keepAliveTime非核心线程线程存活时间:当一个可被回收的线程的空闲时间大于keepAliveTime,就会被回收。
○当线程池中的线程数大于corePoolSize时,如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime,则会被回收,直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。
○如果设置allowCoreThreadTimeOut = true,在线程池中的线程数不大于corePoolSize时,keepAliveTime参数也会起作用,直到线程池中的线程数为0;
●TimeUnit时间单位:参数keepAliveTime的时间单位;
●BlockingQueue阻塞工作队列:用来存储等待执行的任务;
●ThreadFactory线程工厂 : 用于创建线程,以及自定义线程名称,需要实现ThreadFactory接口;
●RejectedExecutionHandler拒绝策略:当线程池线程内的线程耗尽,并且工作队列达到已满时,新提交的任务,将使用拒绝策略进行处理;
○ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:默认策略,丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常;
○ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:丢弃任务,但是不抛出异常;
○ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:丢弃工作队列中的队头任务(即最旧的任务,也就是最早进入队列的任务)后,继续将当前任务提交给线程池;
○ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:由原调用线程处理该任务 (谁调用,谁处理);
6.线程池分类
Java标准库提供的几种常用线程池,创建这些线程池的方法都被封装到Executors工具类中。
●FixedThreadPool:线程数固定的线程池,使用Executors.newFixedThreadPool()创建;
●CachedThreadPool:线程数根据任务动态调整的线程池,使用Executors.newCachedThreadPool()创建;
●SingleThreadExecutor:仅提供一个单线程的线程池,使用Executors.newSingleThreadExecutor()创建;
●ScheduledThreadPool:能实现定时、周期性任务的线程池,使用Executors.newScheduledThreadPool()创建;
6.1 FixedThreadPool线程池
线程数固定的线程池
以FixedThreadPool线程池为例,线程池的执行步骤如下:
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个固定大小的线程池:
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
for (int i = 0; i < 6; i++) {
executorService.execute(new Task("线程"+i));
}
// 关闭线程池:
executorService.shutdown();
}
}
class Task implements Runnable {
private String taskName;
public Task(String taskName) {
this.taskName = taskName;
}
@Override
public void run() {
System.out.println("启动线程 ===> " + this.taskName);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
}
System.out.println("结束线程 <= " + this.taskName);
}
}
执行分析:
●观察执行结果,一次性放入6个任务,由于线程池只有固定的4个线程,因此,前4个任务会同时执行,等到有线程空闲后,才会执行后面的两个任务。
6.2 CachedThreadPool线程池
线程数根据任务动态调整的线程池
●把线程池改为CachedThreadPool,观察运行结果:
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
执行分析:
●观察执行结果,由于这个线程池的实现会根据任务数量动态调整线程池的大小,所以6个任务可一次性全部同时执行。
6.3 ScheduledThreadPool线程池
能实现定时、周期性任务的线程池
●例如:每秒刷新证券价格。这种任务本身固定,需要反复执行的,可以使用ScheduledThreadPool;
●放入ScheduledThreadPool的任务可以定期反复执行;
创建ScheduledThreadPool定时任务线程池
ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(3);
延迟3秒钟后执行,任务只执行1次
executorService.schedule(new Task("线程A"), 3, TimeUnit.SECONDS);
延迟2秒钟后,每隔3秒钟执行任务1次
// 方式1
executorService.scheduleAtFixedRate(new Task("线程A"), 2,3, TimeUnit.SECONDS);
// 方式2
executorService.scheduleWithFixedDelay(new Task("线程A"), 2,3, TimeUnit.SECONDS);
FixedRate和FixedDelay的区别:
●FixedRate是指任务总是以固定时间间隔触发,不管任务执行多长时间;
●FixedDelay是指,上一次任务执行完毕后,等待固定的时间间隔,再执行下一次任务;
7.线程池的状态
线程池的状态分为:RUNNING, SHUTDOWN, STOP, TIDYING, TERMINATED
○ RUNNING:运行状态,线程池被一旦被创建,就处于RUNNING状态,并且线程池中的任务数为0。该状态的线程池会接收新任务,并处理工作队列中的任务。
■调用线程池的shutdown()方法,可以切换到SHUTDOWN关闭状态;
■调用线程池的shutdownNow()方法,可以切换到STOP停止状态;
○SHUTDOWN:关闭状态,该状态的线程池不会接收新任务,但会处理工作队列中的任务;
■当工作队列为空时,并且线程池中执行的任务也为空时,线程池进入TIDYING状态;
○STOP:停止状态,该状态的线程不会接收新任务,也不会处理阻塞队列中的任务,而且会中断正在运行 的任务;
■线程池中执行的任务为空,进入TIDYING状态;
○TIDYING:整理状态,该状态表明所有的任务已经运行终止,记录的任务数量为0;
■terminated()执行完毕,进入TERMINATED状态;
○TERMINATED: 终止状态,该状态表示线程池彻底关闭。
8.线程池分类总结重要
8.1 FixedThreadPool
线程数固定的线程池
●线程池参数:
○核心线程数和最大线程数一致
○非核心线程线程空闲存活时间,即keepAliveTime为0
○阻塞队列为无界队列LinkedBlockingQueue
●工作机制:
a提交线程任务
b如果线程数少于核心线程,创建核心线程执行任务
c如果线程数等于核心线程,把任务添加到LinkedBlockingQueue阻塞队列
d如果线程执行完任务,去阻塞队列取任务,继续执行
●使用场景: 适用于处理CPU密集型的任务,确保CPU在长期被工作线程使用的情况下,尽可能的少的分配线程,即适用执行长期的任务。
8.2 CachedThreadPool
可缓存线程池,线程数根据任务动态调整的线程池
●线程池参数:
○核心线程数为0
○最大线程数为Integer.MAX_VALUE
○工作队列是SynchronousQueue同步队列
○非核心线程空闲存活时间为60秒
●工作机制:
a提交线程任务
b因为核心线程数为0,所以任务直接加到SynchronousQueue工作队列
c判断是否有空闲线程,如果有,就去取出任务执行
d如果没有空闲线程,就新建一个线程执行
e执行完任务的线程,还可以存活60秒,如果在这期间,接到任务,可以继续存活下去;否则,被销毁。
●使用场景: 用于并发执行大量短期的小任务。
8.3 SingleThreadExecutor
单线程化的线程池
●线程池参数:
○核心线程数为1
○最大线程数也为1
○阻塞队列是LinkedBlockingQueue
○非核心线程空闲存活时间为0秒
●使用场景: 适用于串行执行任务的场景,将任务按顺序执行。
8.4 ScheduledThreadPool
能实现定时、周期性任务的线程池
●线程池参数:
○最大线程数为Integer.MAX_VALUE
○阻塞队列是DelayedWorkQueue
○keepAliveTime为0
●使用场景: 周期性执行任务,并且需要限制线程数量的需求场景。
9. 线程池使用注意事项
在《阿里巴巴java开发手册》中指出了线程资源必须通过线程池提供,不允许在应用中自行显示的创建线程,这样一方面是线程的创
建更加规范,可以合理控制开辟线程的数量;另一方面线程的细节管理交给线程池处理,优化了资源的开销。而线程池不允许使用
Executors去创建,而要通过ThreadPoolExecutor方式。jdk中Executor框架虽然提供了如newFixedThreadPool()、
newSingleThreadExecutor()、newCachedThreadPool()等创建线程池的方法,但都有其局限性,不够灵活;另外由于前面几种方法内部
也是通过new ThreadPoolExecutor方式实现,使用ThreadPoolExecutor有助于大家明确线程池的运行规则,创建符合自己的业务场景需
要的线程池,避免资源耗尽的风险。
里巴巴java开发手册》中指出了线程资源必须通过线程池提供,不允许在应用中自行显示的创建线程,这样一方面是线程的创
建更加规范,可以合理控制开辟线程的数量;另一方面线程的细节管理交给线程池处理,优化了资源的开销。而线程池不允许使用
Executors去创建,而要通过ThreadPoolExecutor方式。jdk中Executor框架虽然提供了如newFixedThreadPool()、
newSingleThreadExecutor()、newCachedThreadPool()等创建线程池的方法,但都有其局限性,不够灵活;另外由于前面几种方法内部
也是通过new ThreadPoolExecutor方式实现,使用ThreadPoolExecutor有助于大家明确线程池的运行规则,创建符合自己的业务场景需
要的线程池,避免资源耗尽的风险。
必须为线程池中的线程,按照业务规则,进行命名。可以在创建线程池时,使用自定义线程工厂规范线程命名方式,避免线程使用默认名称。
标签:Java,Executors,队列,创建,利器,任务,线程,执行 From: https://blog.csdn.net/qq_67028830/article/details/142346731