Java_线程池

一、线程池

4.1 线程池概述

线程池就是一个可以复用线程的技术。

要理解什么是线程复用技术，我们先得看一下不使用线程池会有什么问题，理解了这些问题之后，我们在解释线程复用同学们就好理解了。

假设：用户每次发起一个请求给后台，后台就创建一个新的线程来处理，
	 下次新的任务过来肯定也会创建新的线程，如果用户量非常大，
	 创建的线程也讲越来越多。然而，创建线程是开销很大的，并且请求过多时，会严重影响系统性能。

而使用线程池，就可以解决上面的问题。如下图所示，线程池内部会有一个容器，存储几个核心线程，假设有3个核心线程，这3个核心线程可以处理3个任务。
在这里插入图片描述
任务队列里面的任务必须实现任务接口：

但是任务总有被执行完的时候，假设第1个线程的任务执行完了，那么第1个线程就空闲下来了，有新的任务时，空闲下来的第1个线程可以去执行其他任务。依此内推，这3个线程可以不断的复用，也可以执行很多个任务。线程区可以控制线程的数量，任务区也可以控制任务的数量，这样就可以保证不会因为线程资源请求太多而将系统资源耗尽，从而提高系统的工作效率。

所以，线程池就是一个线程复用技术，它可以提高线程的利用率。

4.2 创建线程池

在这里插入图片描述

在JDK5版本中提供了代表线程池的接口ExecutorService，而这个接口下有一个实现类叫ThreadPoolExecutor类，使用ThreadPoolExecutor类就可以用来创建线程池对象。

下面是它的构造器，参数比较多，不要怕，干就完了 ^ _ ^ 。
在这里插入图片描述

接下来，用这7个参数的构造器来创建线程池的对象。代码如下

ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(
    3,  //核心线程数有3个
    5,  //最大线程数有5个。   临时线程数=最大线程数-核心线程数=5-3=2
    8,  //临时线程存活的时间8秒。 意思是临时线程8秒没有任务执行，就会被销毁掉。
    TimeUnit.SECONDS,//时间单位（秒）
    new ArrayBlockingQueue<>(4), //任务阻塞队列，没有来得及执行的任务在，任务队列中等待
    Executors.defaultThreadFactory(), //用于创建线程的工厂对象
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() //拒绝策略
);

关于线程池，我们需要注意下面的两个问题

临时线程什么时候创建？

新任务提交时，发现核心线程都在忙、任务队列满了、并且还可以创建临时线程，此时会创建临时线程。

什么时候开始拒绝新的任务？

核心线程和临时线程都在忙、任务队列也满了、新任务过来时才会开始拒绝任务。

4.3 线程池执行Runnable任务

创建好线程池之后，接下来我们就可以使用线程池执行任务了。线程池执行的任务可以有两种，一种是Runnable任务；一种是callable任务。下面的execute方法可以用来执行Runnable任务。
在这里插入图片描述
先准备一个线程任务类

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        // 任务是干啥的？
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " ==> 输出666~~");
        //为了模拟线程一直在执行，这里睡久一点
        try {
            Thread.sleep(Integer.MAX_VALUE);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

下面是执行Runnable任务的代码，注意阅读注释，对照着前面的7个参数理解。

ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(
    3,  //核心线程数有3个
    5,  //最大线程数有5个。   临时线程数=最大线程数-核心线程数=5-3=2
    8,  //临时线程存活的时间8秒。 意思是临时线程8秒没有任务执行，就会被销毁掉。
    TimeUnit.SECONDS,//时间单位（秒）
    new ArrayBlockingQueue<>(4), //任务阻塞队列，没有来得及执行的任务在，任务队列中等待
    Executors.defaultThreadFactory(), //用于创建线程的工厂对象
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() //拒绝策略
);
 
Runnable target = new MyRunnable();
pool.execute(target); // 线程池会自动创建一个新线程，自动处理这个任务，自动执行的！
pool.execute(target); // 线程池会自动创建一个新线程，自动处理这个任务，自动执行的！
pool.execute(target); // 线程池会自动创建一个新线程，自动处理这个任务，自动执行的！
//下面4个任务在任务队列里排队
pool.execute(target);
pool.execute(target);
pool.execute(target);
pool.execute(target);
 
//下面2个任务，会被临时线程的创建时机了
pool.execute(target);
pool.execute(target);
// 到了新任务的拒绝时机了！
pool.execute(target);

执行上面的代码，结果输出如下

在这里插入图片描述
线程池拒绝策略：

4.4 线程池执行Callable任务

接下来，我们学习使用线程池执行Callable任务。callable任务相对于Runnable任务来说，就是多了一个返回值。

执行Callable任务需要用到下面的submit方法
在这里插入图片描述

先准备一个Callable线程任务

public class MyCallable implements Callable<String> {
    private int n;
    public MyCallable(int n) {
        this.n = n;
    }
 
    // 2、重写call方法
    @Override
    public String call() throws Exception {
        // 描述线程的任务，返回线程执行返回后的结果。
        // 需求：求1-n的和返回。
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            sum += i;
        }
        return Thread.currentThread().getName() + "求出了1-" + n + "的和是：" + sum;
    }
}

再准备一个测试类，在测试类中创建线程池，并执行callable任务。

public class ThreadPoolTest2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1、通过ThreadPoolExecutor创建一个线程池对象。
        ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(
            3,
            5,
            8,
            TimeUnit.SECONDS, 
            new ArrayBlockingQueue<>(4),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
 
        // 2、使用线程处理Callable任务。
        Future<String> f1 = pool.submit(new MyCallable(100));
        Future<String> f2 = pool.submit(new MyCallable(200));
        Future<String> f3 = pool.submit(new MyCallable(300));
        Future<String> f4 = pool.submit(new MyCallable(400));
 
        // 3、执行完Callable任务后，需要获取返回结果。
        System.out.println(f1.get());
        System.out.println(f2.get());
        System.out.println(f3.get());
        System.out.println(f4.get());
    }
}

执行后，结果如下图所示
在这里插入图片描述

4.5 线程池工具类（Executors）

可能会觉得前面创建线程池的代码参数太多、记不住，有没有快捷的创建线程池的方法呢？有的。Java为开发者提供了一个创建线程池的工具类，叫做Executors，它提供了方法可以创建各种不能特点的线程池。如下图所示
在这里插入图片描述

接下来，我们演示一下创建固定线程数量的线程池。这几个方法用得不多，所以这里不做过多演示，同学们了解一下就行了。

public class ThreadPoolTest3 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1、通过Executors创建一个线程池对象。
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(17);
        // 老师：核心线程数量到底配置多少呢？？？
        // 计算密集型的任务：核心线程数量 = CPU的核数 + 1
        // IO密集型的任务：核心线程数量 = CPU核数 * 2
 
        // 2、使用线程处理Callable任务。
        Future<String> f1 = pool.submit(new MyCallable(100));
        Future<String> f2 = pool.submit(new MyCallable(200));
        Future<String> f3 = pool.submit(new MyCallable(300));
        Future<String> f4 = pool.submit(new MyCallable(400));
 
        System.out.println(f1.get());
        System.out.println(f2.get());
        System.out.println(f3.get());
        System.out.println(f4.get());
    }
}

Executors创建线程池这么好用，为什么不推荐同学们使用呢？原因在这里：看下图，这是《阿里巴巴Java开发手册》提供的强制规范要求。
在这里插入图片描述

五、补充知识

5.1 并发和并行

先学习第一个补充知识点，并发和并行。在讲解并发和并行的含义之前，我们先来了解一下什么是进程、线程？

正常运行的程序（软件）就是一个独立的进程
线程是属于进程，一个进程中包含多个线程
进程中的线程其实并发和并行同时存在（继续往下看）

我们可以打开系统的任务管理器看看（快捷键：Ctrl+Shfit+Esc），自己的电脑上目前有哪些进程。
在这里插入图片描述

知道了什么是进程和线程之后，接着我们再来学习并发和并行的含义。

首先，来学习一下什么是并发？

进程中的线程由CPU负责调度执行，但是CPU同时处理线程的数量是优先的，为了保证全部线程都能执行到，CPU采用轮询机制为系统的每个线程服务，由于CPU切换的速度很快，给我们的感觉这些线程在同时执行，这就是并发。（简单记：并发就是多条线程交替执行）

接下，再来学习一下什么是并行？

并行指的是，多个线程同时被CPU调度执行。如下图所示，多个CPU核心在执行多条线程
在这里插入图片描述

最后一个问题，多线程到底是并发还是并行呢？

其实多个线程在我们的电脑上执行，并发和并行是同时存在的。

5.2 线程的生命周期

接下来，我们学习最后一个有关线程的知识点，叫做线程的生命周期。所谓生命周期就是线程从生到死的过程中间有哪些状态，以及这些状态之间是怎么切换的。

为了让大家同好的理解线程的生命周期，先用人的生命周期举个例子，人从生到死有下面的几个过程。在人的生命周期过程中，各种状态之间可能会有切换，线程也是一样的。
在这里插入图片描述

接下来就来学习线程的生命周期。在Thread类中有一个嵌套的枚举类叫Thread.Status，这里面定义了线程的6中状态。如下图所示
在这里插入图片描述

NEW: 新建状态，线程还没有启动
RUNNABLE: 可以运行状态，线程调用了start()方法后处于这个状态
BLOCKED: 锁阻塞状态，没有获取到锁处于这个状态
WAITING: 无限等待状态，线程执行时被调用了wait方法处于这个状态
TIMED_WAITING: 计时等待状态，线程执行时被调用了sleep(毫秒)或者wait(毫秒)方法处于这个状态
TERMINATED: 终止状态, 线程执行完毕或者遇到异常时，处于这个状态。