摘要
本文介绍了线程池基本概念、线程及线程池状态、java中线程池提交task后执行流程、Executors线程池工具类、最后介绍在springboot框架下使用线程池和定时线程池，以及task取消
线程池基本
背景
线程池
线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务
线程池优势
- 降低执行task重复创建销毁线程的消耗
- 提高执行task响应速度。切换到task时，无需创建线程，直接将task“挂”到线程执行
线程状态
线程共有6个状态，分别是new、runnable、waiting、time_waiting、blocked、terminal。其中runnable状态包括running、ready。且runnable和waiting、time_waiting、blocked、terminal之间切换。
new
线程实例化初始状态
RUNNABLE(running、ready)
running：正在运行
ready：running状态线程占用cpu时间片完（主动调用yield）后状态。
yield()：向调度程序提示当前线程愿意放弃cpu的使用，调度程序可以忽略此提示。很少使用，可用于调试，它可能有助于重现由于竞争条件而产生的错误。
waiting
等待状态，例如调用wait、join、park方法，线程等待
time_waiting
限时等待，例如调用sleep(time)，wait(time)，join(time)，parkNanos()，parkUntil(thread)
blocked
阻塞状态，例如等待锁，或等待进入synchronized块
terminal
线程终止
线程池状态
RUNNING
可接收新提交的任务，可处理队列中任务。
SHUTDOWN
不再接收新提交的任务，但是可处理队列中的任务。
STOP
不再接收新提交的任务，且不再处理队列中的任务。
TIDYING
所有任务已经被终结，工作线程数为0，该状态会执行钩子函数terminated()
TERMINATED
已执行完毕terminated()方法。
状态转换
RUNNING -> SHUTDOWN：调用shutdown()方法后。
(RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP：调用shutdownNow()方法后。
SHUTDOWN -> TIDYING：当队列中任务为空，线程池中任务为空。
TIDYING -> TERMINATED：terminated()钩子方法执行完毕之后。
Java线程池实践
ThreadPool参数
corePoolSize，maximumPoolSize，workQueue，keepAliveTime，TimeUnit，threadFactory，RejectedExecutionHandler
核心线程数
corePoolSize：线程池中存活线程数量，除非allowCoreThreadTimeOut=true时会被kill
最大线程数
maximumPoolSize：线程池允许最大线程数，达到keepAliveTime后会被kill
等待时间和单位
keepAliveTime：多于核心线程之外的线程，超过该时间的线程会被kill
TimeUnit：keepAliveTime时间单位
阻塞队列
workQueue：保存未执行的Runnable 的task
线程工厂
threadFactory：创建线程的工厂类，默认Executors.defaultThreadFactory()
拒绝策略
RejectedExecutionHandler：因队列满、且超过最maxThreadPool限制的task处理策略
- AbortPolicy：拒绝task，抛出RejectedExecutionException 。是ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor的默认拒绝策略
- DiscardPolicy：丢弃task，无异常
- DiscardOldestPolicy：丢弃未处理的最old的task，无异常
- CallerRunsPolicy：拒绝task，抛回给提交task的线程执行
static volatile int count = 0; public static void main(String[]args){ //可接纳6+1=7个任务，再多则会执行默认拒绝策略 ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5,6,1000l, TimeUnit.MILLISECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(1)); Runnable task = new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println(count++); try { Thread.sleep(1000000000l); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } } }; for(int i=0;i<8;i++){ executor.execute(task);//抛出RejectedExecutionException } System.out.println(executor.getActiveCount()); }
Task提交流程
coreThread -- queue -- maxThread -- handler
- 若运行线程少于corePoolSize，尝试以给task启动一个新的core线程
- task进入BlockQueue排队
- BlockQueue已满，添加新线程。失败则拒绝该task，执行拒绝策略
Thread回收
回收逻辑：Runnable状态线程数ctl减1；从工作线程HashSet中移除工作线程Worker对象
- 回收超过keepAliveTime之外的非core线程
- 回收超过keepAliveTime的core线程，且allowCoreThreadTimeOut=true
线程池任务管理
获取活跃线程数
ThreadPoolExecutor.getActiveCount()。线程池中正在运行的线程个数，包括核心线程+队列满后新建的非核心线程
static volatile int count = 0; public static void main(String[]args) throws InterruptedException { ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5,9,1000l, TimeUnit.MILLISECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(1)); Runnable task = new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println(count++); try { Thread.sleep(1000000000l); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } } }; for(int i=0;i<8;i++){ executor.execute(task); } //输出为7：5个在核心线程，1个在队列，2个为新建线程 System.out.println("活跃线程："+executor.getActiveCount()); }
获取提交的task状态
ThreadPoolExecutor.getTaskCount()：历史提交的task总数
ThreadPoolExecutor.getCompletedTaskCount()：已完成task个数
取消任务
futrure.cancel()
task提交后状态
- 线程未启动
- 线程正在执行
- 线程已结束
task未启动，cancel后会从线程池的阻塞队列中remove掉task；
task已结束，cancel对task不会有任何影响
task正在执行：通过interrupted标志位，在sleep/join/wait处抛出中断异常终止task执行
无future第三方库
该场景适用于调用第三方库无future返回值情况。可以通过在第三方库中例如cancelTask等方法中重写
Future.cancel()取消task
Java Executors线程池工具
Executors是java一个线程池工具，便捷创建例如单个、固定数量、定时等特征的线程池。不同特征的线程池，其参数不同。
newSingleThreadPool
适用于提交的任务按顺序执行场景：核心线程数=最大线程数=1，一直存活，如果任务异常中断了线程，则创建一个新线程；使用链表阻塞无界队列；默认线程工厂Executors.defaultThreadFactory()；默认阻塞策略：AbortPolicy
短期提交任务过多，则队列溢出，内存溢出
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}cachedThreadPool
适用于执行许多短期(60s)异步任务场景：核心线程为0，最大线程为Integer.MAX_VALUE，存活60s，使用同步队列SynchronousQueue；默认线程工厂Executors.defaultThreadFactory()；默认阻塞策略：AbortPolicy
短期提交任务过多，则一直创建线程，内存溢出
SynchronousQueue（同步队列）：队列中不存储元素，元素的offer和take阻塞对应
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}newFixedThreadPool
适用于执行IO较少异步任务场景：核心线程=最大线程=输入参数，线程创建后不回收，使用LinkedBlockingQueue阻塞无界队列；默认线程工厂Executors.defaultThreadFactory()；默认阻塞策略：AbortPolicy
短期提交任务过多，则队列溢出，内存溢出
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}newThreadScheduledExecutor
适用于单一定时任务：核心线程数=1，最大线程数=Integer.MAX_VALUE，一直存活，使用优先级队列DelayedWorkQueue定时，默认线程工厂Executors.defaultThreadFactory()；默认阻塞策略：AbortPolicy
DelayedWorkQueue优先级队列，底层使用“堆”数据结构实现
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}SpringBoot线程池
SpringBoot线程池在JUC包下ThreadPoolExecutor基础上进行封装，通过注入Bean或注解的方式使用。SpringBoot提供的线程池包括普通提交task的线程池和定时线程池。
提交task方式
通过@Configuration注解和@Bean注解，注入定义的ThreadPoolTaskExecutor对象，通过@Autowired注入使用的threadPoolTaskExecutor对象，通过threadPoolTaskExecutor的submit()或execute()方法提交任务。
注意：@Autowired注入@Bean注解对象时，默认是@Bean对象的方法名
@Configuration
public class TaskThreadPoolConfig {
//将线程池注入Spring IOC
@Bean
public ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTimeoutExecutor() {
ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTaskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
threadPoolTaskExecutor.setCorePoolSize(Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2);
threadPoolTaskExecutor.initialize();
return threadPoolTaskExecutor;
}
//注入线程池对象
@Autowired
ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTimeoutExecutor;
//提交任务
public void test(){
threadPoolTimeoutExecutor.submit(()->{
runTask();
});
}
}注解方式
通过@Configuration注解和@Bean注解，注入定义的ThreadPoolTaskExecutor对象，通过@Async注解异步执行方法，方法可以返回task的Future句柄，或返回void
注意：@Bean注解可以添加线程池名字，异步方法@Async可以指定线程池名字
@Configuration
public class TaskThreadPoolConfig {
@Bean(value = "test-threadpool")//定义线程池名
public ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTimeoutExecutor() {
ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTaskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
threadPoolTaskExecutor.setCorePoolSize(Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2);
threadPoolTaskExecutor.initialize();
return threadPoolTaskExecutor;
}
//方法上添加注解，该方法异步执行，方法可以返回Future任务句柄，或void
@Async(value = "test-threadpool")//指定线程池
public Future<Object> runTask(){
System.out.println("--");
return new AsyncResult<>(true);
}
}取消任务
获取task的Future句柄，通过future.cancel(true)取消任务。其内部则通过翻转interrupted标志位，遇到例如sleep、wait、join等则抛出中断异常，终止执行task的线程。
@Autowired
ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTimeoutExecutor;
public static void main(String []args){
Future<?> future = threadPoolTimeoutExecutor.submit(()->{
try {
Thread.sleep(1000l);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
});
if(!future.isDone()){//task未结束
future.cancel(true);//翻转执行task的线程的中断标志位，遇到例如sleep，join，wait等抛出中断异常终止task
}
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