線程池 threadPoolExecutor詳解

這種文章寫得很不錯,讓我對threadPoolExecutor有了更深入的瞭解!


ThreadPoolExecutor的完整構造方法的簽名是:ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) .

corePoolSize - 池中所保存的線程數,包括空閒線程。

maximumPoolSize - 池中允許的最大線程數。

keepAliveTime - 當線程數大於核心時,此爲終止前多餘的空閒線程等待新任務的最長時間。

unit - keepAliveTime 參數的時間單位。

workQueue - 執行前用於保持任務的隊列。此隊列僅保持由 execute 方法提交的 Runnable 任務。

threadFactory - 執行程序創建新線程時使用的工廠。

handler - 由於超出線程範圍和隊列容量而使執行被阻塞時所使用的處理程序。

ThreadPoolExecutor是Executors類的底層實現。

在JDK幫助文檔中,有如此一段話:

“強烈建議程序員使用較爲方便的 Executors 工廠方法 Executors.newCachedThreadPool()(無界線程池,可以進行自動線程回收)、Executors.newFixedThreadPool(int)(固定大小線程池) Executors.newSingleThreadExecutor()(單個後臺線程)

它們均爲大多數使用場景預定義了設置。”

下面介紹一下幾個類的源碼:

ExecutorService   newFixedThreadPool (int nThreads):固定大小線程池。

可以看到,corePoolSize和maximumPoolSize的大小是一樣的(實際上,後面會介紹,如果使用無界queue的話maximumPoolSize參數是沒有意義的),keepAliveTime和unit的設值表名什麼?-就是該實現不想keep alive!最後的BlockingQueue選擇了LinkedBlockingQueue,該queue有一個特點,他是無界的。

1.   public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {  

2.           return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,  

3.                                         0L, TimeUnit.MILLISECONDS,  

4.                                         new LinkedBlockingQueue());  

5.       }


 

ExecutorService   newSingleThreadExecutor():單線程

1.   public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {  

2.           return new FinalizableDelegatedExecutorService  

3.               (new ThreadPoolExecutor(1, 1,  

4.                                       0L, TimeUnit.MILLISECONDS,  

5.                                       new LinkedBlockingQueue()));  

6.       }
 

ExecutorService newCachedThreadPool():無界線程池,可以進行自動線程回收

這個實現就有意思了。首先是無界的線程池,所以我們可以發現maximumPoolSize爲big big。其次BlockingQueue的選擇上使用SynchronousQueue。可能對於該BlockingQueue有些陌生,簡單說:該QUEUE中,每個插入操作必須等待另一個線程的對應移除操作。

1.   public static ExecutorService newCachedThreadPool() {  

2.           return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,  

3.                                         60L, TimeUnit.SECONDS,  

4.                                         new SynchronousQueue());  

    }
 

先從BlockingQueue workQueue這個入參開始說起。在JDK中,其實已經說得很清楚了,一共有三種類型的queue。

所有 BlockingQueue 都可用於傳輸和保持提交的任務。可以使用此隊列與池大小進行交互:

如果運行的線程少於 corePoolSize,則 Executor 始終首選添加新的線程,而不進行排隊。(如果當前運行的線程小於corePoolSize,則任務根本不會存放,添加到queue中,而是直接抄傢伙(thread)開始運行)

如果運行的線程等於或多於 corePoolSize,則 Executor 始終首選將請求加入隊列,而不添加新的線程。

如果無法將請求加入隊列,則創建新的線程,除非創建此線程超出 maximumPoolSize,在這種情況下,任務將被拒絕。

queue上的三種類型。

 

排隊有三種通用策略:

直接提交。工作隊列的默認選項是 SynchronousQueue,它將任務直接提交給線程而不保持它們。在此,如果不存在可用於立即運行任務的線程,則試圖把任務加入隊列將失敗,因此會構造一個新的線程。此策略可以避免在處理可能具有內部依賴性的請求集時出現鎖。直接提交通常要求無界 maximumPoolSizes 以避免拒絕新提交的任務。當命令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時,此策略允許無界線程具有增長的可能性。

無界隊列。使用無界隊列(例如,不具有預定義容量的 LinkedBlockingQueue)將導致在所有 corePoolSize 線程都忙時新任務在隊列中等待。這樣,創建的線程就不會超過 corePoolSize。(因此,maximumPoolSize 的值也就無效了。)當每個任務完全獨立於其他任務,即任務執行互不影響時,適合於使用無界隊列;例如,在 Web 頁服務器中。這種排隊可用於處理瞬態突發請求,當命令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時,此策略允許無界線程具有增長的可能性。

有界隊列。當使用有限的 maximumPoolSizes 時,有界隊列(如 ArrayBlockingQueue)有助於防止資源耗盡,但是可能較難調整和控制。隊列大小和最大池大小可能需要相互折衷:使用大型隊列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系統資源和上下文切換開銷,但是可能導致人工降低吞吐量。如果任務頻繁阻塞(例如,如果它們是 I/O 邊界),則系統可能爲超過您許可的更多線程安排時間。使用小型隊列通常要求較大的池大小,CPU 使用率較高,但是可能遇到不可接受的調度開銷,這樣也會降低吞吐量。 

BlockingQueue的選擇。

例子一:使用直接提交策略,也即SynchronousQueue。

首先SynchronousQueue是無界的,也就是說他存數任務的能力是沒有限制的,但是由於該Queue本身的特性,在某次添加元素後必須等待其他線程取走後才能繼續添加。在這裏不是核心線程便是新創建的線程,但是我們試想一樣下,下面的場景。

我們使用一下參數構造ThreadPoolExecutor: 
new ThreadPoolExecutor(

   2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,

   new SynchronousQueue(),

   new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),

   new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

 當核心線程已經有2個正在運行.

此時繼續來了一個任務(A),根據前面介紹的“如果運行的線程等於或多於 corePoolSize,則 Executor 始終首選將請求加入隊列,而不添加新的線程。”,所以A被添加到queue中。
又來了一個任務(B),且核心2個線程還沒有忙完,OK,接下來首先嚐試1中描述,但是由於使用的SynchronousQueue,所以一定無法加入進去。
此時便滿足了上面提到的“如果無法將請求加入隊列,則創建新的線程,除非創建此線程超出maximumPoolSize,在這種情況下,任務將被拒絕。”,所以必然會新建一個線程來運行這個任務。
暫時還可以,但是如果這三個任務都還沒完成,連續來了兩個任務,第一個添加入queue中,後一個呢?queue中無法插入,而線程數達到了maximumPoolSize,所以只好執行異常策略了。
所以在使用SynchronousQueue通常要求maximumPoolSize是無界的,這樣就可以避免上述情況發生(如果希望限制就直接使用有界隊列)。對於使用SynchronousQueue的作用jdk中寫的很清楚:此策略可以避免在處理可能具有內部依賴性的請求集時出現鎖。

什麼意思?如果你的任務A1,A2有內部關聯,A1需要先運行,那麼先提交A1,再提交A2,當使用SynchronousQueue我們可以保證,A1必定先被執行,在A1麼有被執行前,A2不可能添加入queue中。

例子二:使用無界隊列策略,即LinkedBlockingQueue

這個就拿newFixedThreadPool來說,根據前文提到的規則:

如果運行的線程少於 corePoolSize,則 Executor 始終首選添加新的線程,而不進行排隊。那麼當任務繼續增加,會發生什麼呢?

如果運行的線程等於或多於 corePoolSize,則 Executor 始終首選將請求加入隊列,而不添加新的線程。OK,此時任務變加入隊列之中了,那什麼時候纔會添加新線程呢?

如果無法將請求加入隊列,則創建新的線程,除非創建此線程超出 maximumPoolSize,在這種情況下,任務將被拒絕。這裏就很有意思了,可能會出現無法加入隊列嗎?不像SynchronousQueue那樣有其自身的特點,對於無界隊列來說,總是可以加入的(資源耗盡,當然另當別論)。換句說,永遠也不會觸發產生新的線程!corePoolSize大小的線程數會一直運行,忙完當前的,就從隊列中拿任務開始運行。所以要防止任務瘋長,比如任務運行的實行比較長,而添加任務的速度遠遠超過處理任務的時間,而且還不斷增加,不一會兒就爆了。

例子三:有界隊列,使用ArrayBlockingQueue。

這個是最爲複雜的使用,所以JDK不推薦使用也有些道理。與上面的相比,最大的特點便是可以防止資源耗盡的情況發生。

舉例來說,請看如下構造方法:

new ThreadPoolExecutor(

     2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,

     new ArrayBlockingQueue(2),

     new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),

     new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

假設,所有的任務都永遠無法執行完。

對於首先來的A,B來說直接運行,接下來,如果來了C,D,他們會被放到queue中,如果接下來再來E,F,則增加線程運行E,F。但是如果再來任務,隊列無法再接受了,線程數也到達最大的限制了,所以就會使用拒絕策略來處理。

keepAliveTime

jdk中的解釋是:當線程數大於核心時,此爲終止前多餘的空閒線程等待新任務的最長時間。

有點拗口,其實這個不難理解,在使用了“池”的應用中,大多都有類似的參數需要配置。比如數據庫連接池,DBCP中的maxIdle,minIdle參數。

什麼意思?接着上面的解釋,後來向老闆派來的工人始終是“借來的”,俗話說“有借就有還”,但這裏的問題就是什麼時候還了,如果借來的工人剛完成一個任務就還回去,後來發現任務還有,那豈不是又要去借?這一來一往,老闆肯定頭也大死了。

 

合理的策略:既然借了,那就多借一會兒。直到“某一段”時間後,發現再也用不到這些工人時,便可以還回去了。這裏的某一段時間便是keepAliveTime的含義,TimeUnit爲keepAliveTime值的度量。

 

RejectedExecutionHandler

另一種情況便是,即使向老闆借了工人,但是任務還是繼續過來,還是忙不過來,這時整個隊伍只好拒絕接受了。

RejectedExecutionHandler接口提供了對於拒絕任務的處理的自定方法的機會。在ThreadPoolExecutor中已經默認包含了4中策略,因爲源碼非常簡單,這裏直接貼出來。

CallerRunsPolicy:線程調用運行該任務的 execute 本身。此策略提供簡單的反饋控制機制,能夠減緩新任務的提交速度。

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

            if (!e.isShutdown()) {

                r.run();

            }

        }

這個策略顯然不想放棄執行任務。但是由於池中已經沒有任何資源了,那麼就直接使用調用該execute的線程本身來執行。

AbortPolicy:處理程序遭到拒絕將拋出運行時 RejectedExecutionException

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

            throw new RejectedExecutionException();

        }

 這種策略直接拋出異常,丟棄任務。

DiscardPolicy:不能執行的任務將被刪除

1.   public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {  

2.           } 

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

        }

 這種策略和AbortPolicy幾乎一樣,也是丟棄任務,只不過他不拋出異常。

DiscardOldestPolicy:如果執行程序尚未關閉,則位於工作隊列頭部的任務將被刪除,然後重試執行程序(如果再次失敗,則重複此過程)
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

            if (!e.isShutdown()) {

                e.getQueue().poll();

                e.execute(r);

            }

        }

該策略就稍微複雜一些,在pool沒有關閉的前提下首先丟掉緩存在隊列中的最早的任務,然後重新嘗試運行該任務。這個策略需要適當小心。

設想:如果其他線程都還在運行,那麼新來任務踢掉舊任務,緩存在queue中,再來一個任務又會踢掉queue中最老任務。

總結:

keepAliveTime和maximumPoolSize及BlockingQueue的類型均有關係。如果BlockingQueue是無界的,那麼永遠不會觸發maximumPoolSize,自然keepAliveTime也就沒有了意義。

反之,如果核心數較小,有界BlockingQueue數值又較小,同時keepAliveTime又設的很小,如果任務頻繁,那麼系統就會頻繁的申請回收線程。

 
 

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {

        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,

                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,

                                      new LinkedBlockingQueue());

本文來源:http://blog.sina.com.cn/s/blog_70bcd7c10101a1w7.html

此外這篇文章也很好,詳解了這幾個參數:http://www.th7.cn/Program/java/201409/279333.shtml


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