Java中四大线程池应用及详解

news2024/10/7 5:18:44

线程池的思想

我们使用线程的时候就去创建一个线程,这样实现起来非常简便,但是就会有一个问题:

如果并发的线程数量很多,并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了,这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率,因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。

那么有没有一种办法使得线程可以复用,就是执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务?

在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。

线程池概念

  • 线程池:其实就是一个容纳多个线程的容器,其中的线程可以反复使用,省去了频繁创建线程对象的操作,无需反复创建线程而消耗过多资源。

线程池的好处

  1. 降低资源消耗。减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。

  2. 提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。

  3. 提高线程的可管理性。可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。

线程池的使用

Java里面线程池的顶级接口是java.util.concurrent.Executor,但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是java.util.concurrent.ExecutorService,最终实现类为

ThreadPoolExecutor,体系如下图:

 

ThreadPoolExecutor提供了四个构造函数(后附参数详解):

//五个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)
​
//六个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)
​
//六个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler)
​
//七个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

要配置一个线程池是比较复杂的,尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下,很有可能配置的线程池不是较优的,因此在java.util.concurrent.Executors线程工厂类里面提供了一些静态工厂,生成一些常用的线程池。官方建议使用Executors工厂类来创建线程池对象。

Executors类中有个创建线程池的方法如下(四种线程池):

  • public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads):返回线程池对象。(创建的是有界线程池,也就是池中的线程个数可以指定最大数量)

      public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
            return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                          0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                          new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
        }
  • 创建缓存线程池(由任务的多少来决定)newCachedThreadPool()

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

  • 创建单线程池 newSingleThreadExecutor(),有且仅有一个工作线程执行任务

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

  • 创建调度线程池(调度:按周期、定时执行)newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

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

线程池参数详解:

  • int corePoolSize:该线程池中核心线程数最大值

核心线程:线程池新建线程的时候,如果当前线程总数小于corePoolSize,则新建的是核心线程,如果超过corePoolSize,则新建的是非核心线程核心线程默认情况下会一直存活在线程池中,即使这个核心线程啥也不干(闲置状态)。如果指定ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut这个属性为true,那么核心线程如果不干活(闲置状态)的话,超过一定时间(时长下面参数决定),就会被销毁掉。

  • int maximumPoolSize: 该线程池中线程总数最大值

线程总数 = 核心线程数 + 非核心线程数。

  • long keepAliveTime:该线程池中非核心线程闲置超时时长

一个非核心线程,如果不干活(闲置状态)的时长超过这个参数所设定的时长,就会被销毁掉,如果设置allowCoreThreadTimeOut = true,则会作用于核心线程。

  • TimeUnit unit:keepAliveTime的单位

TimeUnit是一个枚举类型,其包括:NANOSECONDS : 1微毫秒 = 1微秒 / 1000MICROSECONDS : 1微秒 = 1毫秒 / 1000MILLISECONDS : 1毫秒 = 1秒 /1000SECONDS : 秒MINUTES : 分HOURS : 小时DAYS : 天

  • BlockingQueue workQueue:该线程池中的任务队列:维护着等待执行的Runnable对象

当所有的核心线程都在干活时,新添加的任务会被添加到这个队列中等待处理,如果队列满了,则新建非核心线程执行任务。常用的workQueue类型:

  • SynchronousQueue:这个队列接收到任务的时候,会直接提交给线程处理,而不保留它,如果所有线程都在工作怎么办?那就新建一个线程来处理这个任务!所以为了保证不出现<线程数达到了maximumPoolSize而不能新建线程>的错误,使用这个类型队列的时候,maximumPoolSize一般指定成Integer.MAX_VALUE,即无限大

  • LinkedBlockingQueue:这个队列接收到任务的时候,如果当前线程数小于核心线程数,则新建线程(核心线程)处理任务;如果当前线程数等于核心线程数,则进入队列等待。由于这个队列没有最大值限制,即所有超过核心线程数的任务都将被添加到队列中,这也就导致了maximumPoolSize的设定失效,因为总线程数永远不会超过corePoolSize

  • ArrayBlockingQueue:可以限定队列的长度,接收到任务的时候,如果没有达到corePoolSize的值,则新建线程(核心线程)执行任务,如果达到了,则入队等候,如果队列已满,则新建线程(非核心线程)执行任务,又如果总线程数到了maximumPoolSize,并且队列也满了,则发生错误

  • DelayQueue:队列内元素必须实现Delayed接口,这就意味着你传进去的任务必须先实现Delayed接口。这个队列接收到任务时,首先先入队,只有达到了指定的延时时间,才会执行任务

  • ThreadFactory threadFactory:创建线程的方式,这是一个接口,你new他的时候需要实现他的Thread newThread(Runnable r)方法,一般用不上。

  • RejectedExecutionHandler handler:抛出异常专用的,比如上面提到的两个错误发生了,就会由这个handler抛出异常。

线程池的策略

当一个任务被添加进线程池时,执行策略:

  • 1.线程数量未达到corePoolSize,则新建一个线程(核心线程)执行任务

  • 2.线程数量达到了corePools,则将任务移入队列等待

  • 3.队列已满,新建线程(非核心线程)执行任务

  • 4.队列已满,总线程数又达到了maximumPoolSize,就会由(RejectedExecutionHandler)抛出异常

获取到了一个线程池ExecutorService 对象,那么怎么使用呢,在这里定义了一个使用线程池对象的方法如下:

  • public Future<?> submit(Runnable task):获取线程池中的某一个线程对象,并执行任务

  • public <T> Future<T> submit(Callable<T> task):获取线程池中的某一个线程对象,并执行任务

    Future接口:用来记录线程任务执行完毕后产生的结果(有返回值)。

线程池使用

使用线程池中线程对象的步骤:

  1. 创建线程池对象。

  2. 创建Runnable/Callable接口子类对象。(task)

  3. 提交Runnable/Callable接口子类对象。(take task)

  4. 关闭线程池(一般不做)。

public class ExecutorServiceDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //获取到了线程池  固定长度的线程池
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(100);
        //可缓存的线程池
       //ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        //单例线程池
        //ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        //任务调度线程池
       // ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
    
        //创建任务
        MyCallable myCallable =new MyCallable();
        Future<String> submit = fixedThreadPool.submit(myCallable); //future代表的是线程执行之后的返回结果
        fixedThreadPool.submit(myCallable);//执行任务
        fixedThreadPool.submit(myCallable);
        fixedThreadPool.submit(myCallable);
        fixedThreadPool.submit(myCallable);
        //关闭线程池  服务端线程池是不能关闭的
      //  fixedThreadPool.shutdown();
    }
}
​
​
​
//callable可以得到线程的返回值
public class MyCallable implements Callable<String> {
    @Override
    public String call() throws Exception {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"call任务执行了");
        Thread.sleep(2000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"call执行完毕");
        return "qfedu";
    }
}
​

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