併發編程之線程池ThreadPoolExecutor

前言

在我們平時自己寫線程的測試demo時,一般都是用new Thread的方式來創建線程。但是,我們知道創建線程對象,就會在內存中開闢空間,而線程中的任務執行完畢之後,就會銷燬。

單個線程的話還好,如果線程的併發數量上來之後,就會頻繁的創建和銷燬對象。這樣,勢必會消耗大量的系統資源,進而影響執行效率。

所以,線程池就應運而生。

線程池ThreadPoolExecutor

可以通過idea先看下線程池的類圖,瞭解一下它的繼承關係和大概結構。

它繼承自AbstractExecutorService類,這是一個抽象類,不過裏邊的方法都是已經實現好的。然後這個類實現了ExecutorService接口,裏邊聲明瞭各種方法,包括關閉線程池,以及線程池是否已經終止等。此接口繼承自父接口Executor,裏邊只聲明瞭一個execute方法。

線程池就是爲了解決單個線程頻繁的創建和銷燬帶來的性能開銷。同時,可以幫我們自動管理線程。並且不需要每次執行新任務都去創建新的線程,而是重複利用已有的線程,大大提高任務執行效率。

我們打開 ThreadPoolExecutor的源碼,可以看到總共有四個構造函數。

但是,前三個最終都會調用到最後一個構造函數。我們來看下這個構造函數都有哪些參數。(其實,多看下參數的英文解釋就能明白其中的含義,看來英語對程序員來說是真的重要呀)

//核心構造函數
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
 }

1)corePoolSize

代表核心線程數。每當新的任務提交過來的時候,線程池就會創建一個核心線程來執行這個任務,即使已經有其他的核心線程處於空閒狀態。 而當需要執行的任務數大於核心線程數時,將不再創建新的核心線程。

其實,我們可以看下JDK提供的官方註釋說明。even if they are idle,就照應上邊的加粗字體。

此外,最後一句話說,除非allowCoreThreadTimeOut 這個參數被設置了值。


什麼意思呢,可以去看下這個參數默認值是false,代表當核心線程在空閒狀態時,即沒有任務在執行,就會一直存活,不會銷燬。而設置爲true之後,就會有線程存活時間,即假如設置存活時間60秒,則60秒之後,如果沒有新的可執行任務,則核心線程也會自動銷燬。

2)maximumPoolSize

線程所允許的最大數量。即,當阻塞隊列已滿的時候,並且已經創建的線程數小於最大線程數,則會創建新的線程去執行任務。所以,這個參數只有在阻塞隊列滿的情況下才有意義。因此,對於無界隊列,這個參數將會失去效果。

3)keepAliveTime

代表線程空閒後,保持存活的時間。也就是說,超過一定的時間沒有任務執行,線程就會自動銷燬。

注意,這個參數,是針對大於核心線程數,小於最大線程數的那部分非核心線程來說的。如果是任務數量特別多的情況下,可以適當增加這個參數值的大小。以保證,在下個任務到來之前,此線程不會立即銷燬,從而避免線程的重新創建。

4)unit

這個是描述存活時間的時間單位。可以使用TimeUnit裏邊的枚舉值。

5)workQueue

代表阻塞隊列,存儲所有等待執行的任務。

6)threadFactory

代表用來創建線程的工廠。可以自定義一個工廠,傳參進來。如果不指定的話,就會使用默認工廠(Executors類裏邊的 DefaultThreadFactory)。

可以看到,會給每個線程的名字指定一個有規律的前綴。並且每個線程都設置相同的優先級(優先級總共有三個,1、5、10)。優先級可以理解爲,優先級高的線程被執行的概率會更高,但是不代表優先級高的線程一定會先執行。

7)handler

這個參數代表,拒絕策略。當阻塞隊列和線程池都滿了,即達到了最大線程數,會用什麼策略來處理。一共有四種策略可供選擇,分別對應四個內部類。

  • AbortPolicy:直接拒絕,並拋出異常,這也是默認的策略。
  • CallerRunsPolicy:直接讓調用execute方法的線程去執行此任務。
  • DiscardOldestPolicy:丟棄最老的未處理的任務,然後重新嘗試執行當前的新任務。
  • DiscardPolicy:直接丟棄當前任務,但是不拋異常。

總結一下線程池的執行過程。

  1. 當線程數量未達到corePoolSize的時候,就會創建新的線程來執行任務。
  2. 當核心線程數已滿,就會把任務放到阻塞隊列。
  3. 當隊列已滿,並且未達到最大線程數,就會新建非核心線程來執行任務。
  4. 當隊列已滿,並且達到了最大線程數,則選擇一種拒絕策略來執行。

線程池常用的一些方法

我們一般用 execute 方法來提交任務給線程池。當線程需要返回值時,可以使用submit 方法。

shutdown方法用來關閉線程池。注意,此時不再接受新提交的任務,但是,會繼續處理正在運行的任務和阻塞隊列裏邊的任務。

shutdownNow也會關閉線程池。但是,它不再接受新任務,並且會嘗試終止正在運行的任務。

用Executors創建線程池

瞭解了線程池工作流程之後,那麼我們怎樣去創建它呢。

Executors類提供了四種常用的方法。可以發現它們最終都調用了線程池的構造方法。都有兩種創建方式,其中一種可以傳自定義的線程工廠。此處,只貼出不帶工廠的方法便於理解。


①newFixedThreadPool

 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

創建一個固定大小的線程池。核心線程數和最大線程數相等。當線程數量達到核心線程數時,新任務就會放到阻塞隊列裏邊等待執行。

②newSingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

創建一個核心線程數和最大線程數都是1的線程池。即線程池中只會存在一個正在執行的線程,若線程空閒則執行,否則把任務放到阻塞隊列。

③ newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
}

創建一個可根據實際情況調整線程個數的線程池。這句話,可以理解爲,有多少任務同時進來,就會創建同等數量的線程去執行任務。當然,這是在線程數不能超過Integer最大值的前提下。

當再來一個新任務時,若有空閒線程則執行任務。否則,等線程空閒60秒之後,就會自動回收。

當沒有新任務,就不會創建新的線程。

④newScheduledThreadPool

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}
    
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
}

創建一個可指定核心線程數的線程池。這個線程池可以執行週期性的任務。
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