线程池(详细）

news2024/9/23 17:23:19

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。在开发过程中，合理地使用线程池能够带来3个好处。
第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。但是，要做到合理利用线程池，必须对其实现原理了如指掌。

在这里插入图片描述

在ThreadPoolExecutor中，当提交一个新任务时，处理流程如下：

如果线程池中的线程数小于核心线程数（corePoolSize），则即使线程池中的其他线程是空闲的，也会创建一个新的线程来处理新提交的任务。
如果线程池中的线程数已经达到核心线程数，新提交的任务会被添加到工作队列中，等待被执行。
如果工作队列已满，并且当前线程数小于最大线程数（maximumPoolSize），则会创建新的非核心线程来处理任务。
如果工作队列已满，并且线程数已经达到最大线程数，这时会触发拒绝策略（RejectedExecutionHandler），根据具体的拒绝策略来处理这个无法被执行的任务。

注意：
空闲线程存活的数量通常不包括核心线程。在ThreadPoolExecutor中，corePoolSize（核心线程数）表示线程池的基本大小，即使在没有任务需要执行时，线程池也会保持这么多线程。这些核心线程在默认情况下即使长时间没有任务执行，也不会被销毁。
而keepAliveTime和maximumPoolSize参数主要用于非核心线程。当线程池中的线程数量超过corePoolSize时，如果某个线程的空闲时间超过了keepAliveTime，那么这个线程就会被终止。因此，keepAliveTime实际上是非核心线程的空闲存活时间。

线程池的使用

线程池的创建

我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime,milliseconds,runnableTaskQueue, handler);
创建一个线程池时需要输入几个参数，如下。

1）corePoolSize（线程池的基本大小）：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。
2）runnableTaskQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下几个阻塞队列。有界队列和无界队列的区别，使用有界队列的话，当队列饱和并超过最大线程数会执行拒绝策略，无界的话设置maximumPooIsize无意义

ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。
LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于Linked-BlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。
PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。
3）maximumPoolSize（线程池最大数量）：线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是，如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。
4）ThreadFactory（可选）：用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线程池里的线程设置有意义的名字，代码如下。
new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat(“XX-task-%d”).build();
5）RejectedExecutionHandler（饱和策略，可选）：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。在JDK1.5中Java线程池框架提供了以下4种策略。
·AbortPolicy：直接抛出异常。
·CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
·DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
·DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。
当然，也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化存储不能处理的任务。
6）keepAliveTime（线程活动保持时间）：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。所以，如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大时间，提高线程的利用率。
7）TimeUnit（线程活动保持时间的单位）：可选的单位有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟
（MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微秒（MICROSECONDS，千分之一毫秒）和纳秒
（NANOSECONDS，千分之一微秒）。

向线程池提交任务
可以使用两个方法向线程池提交任务，分别为execute()和submit()方法。

execute()方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功。

通过以下代码可知execute()方法输入的任务是一个Runnable类的实例。
threadsPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
}
});
submit()方法用于提交需要返回值的任务。
线程池会返回一个future类型的对象，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法来获取返回值，get()方
法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。
Future future = executor.submit(harReturnValuetask);
try {
Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// 处理中断异常
} catch (ExecutionException e) {
// 处理无法执行任务异常
} finally {
// 关闭线程池
executor.shutdown();
}

案例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CustomThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(
                5, // 核心线程数
                10, // 最大线程数
                60, // 空闲线程的存活时间
                TimeUnit.SECONDS,
                new java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue<>(9) ,// 任务队列
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()//采用默认的拒绝，抛出异常
        );

        // 提交多个下载任务
        for (int i = 0; i < 25; i++) {
            String url = "http://example.com/page" + i;
            executorService.submit(new DownloadTask(url));
        }

        executorService.shutdown(); // 关闭线程池，不再接受新任务，但会等待队列中的任务执行完毕

    }
}

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public  class DownloadTask implements Runnable {
    private final String url;
    public DownloadTask(String url) {
        this.url = url;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            // 模拟下载时间
            long downloadTime = (long) (Math.random() * 2000);
            TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(downloadTime);
            System.out.println("Downloaded content from " + url + " in " + downloadTime + "ms");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}