[并发编程] -- 线程池篇

时间:2020-06-30
本文章向大家介绍 [并发编程] -- 线程池篇 ,主要包括 [并发编程] -- 线程池篇 使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下。
  • 简介

  • 合理地使用线程池能够带来3个好处:
    • 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。
    • 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。
    • 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。

  • 实现原理

  • 流程

    • 线程池判断核心线程池是否都在执行任务。如果不是,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进行下个流程。
    • 线程池判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列列。如果工作队列满了,则进行下个流程。
    • 线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

线程池的主要处理流程



ThreadPoolExecutor执行execute()方法的示意图


  • 使用

  • 实现

  • 线程池中的线程执行任务分两种情况

    • execute()方法中创建一个线程时,会让这个线程执行当前任务。
    • 这个线程执行完上图中1的任务后,会反复从BlockingQueue获取任务来执行。
  • ThreadPoolExecutor的参数说明

    • 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。
  • 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。

    • 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(ArrayBlockingQueue内部共用一个锁,LinkedBlockingQueue内部使用两个锁,添加和删除元素不是互斥的)。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。
  • 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。

  • ThreadFactory: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。

  • RejectedExecutionHandler(饱和策略):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。JDK 1.5中Java线程池框架提供了以下4种策略。

    • AbortPolicy:直接抛出异常。(默认)
    • 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。
  • 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。

  • 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

  • execute():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。

    threadsPool.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            // TODO Auto-generated method stub
        }
    });
  • submit():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futureget()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<Object> 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();
                }
  • 关闭线程池

  • 可以通过调用线程池的shutdownshutdownNow方法来关闭线程池。
    • 原理是遍历线程池中的工作线程,然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程,所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。

shutdownshutdownNow区别:

  • shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP,然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程,并返回等待执行任务的列表
  • shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态,然后中断所有没有正在执行任务的线程。
  • 那么怎么合理配置线程池?
    • CPU密集型任务:配置尽可能小的线程,如配置Ncpu+1个线程的线程池。
    • IO密集型任务:配置尽可能多的线程,如2*Ncpu。
    • 混合型的任务:如果可以拆分,将其拆分成一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务,只要这两个任务执行的时间相差不是太大,那么分解后执行的吞吐量将高于串行执行的吞吐量。如果这两个任务执行时间相差太大,则没必要进行分解。
    • 依赖数据库连接池的任务:因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果,等待的时间越长,则CPU空闲时间就越长,那么线程数应该设置得越大,这样才能更好地利用CPU。

建议使用有界队列:有界队列能增加系统的稳定性和预警能力。


  • 监控

  • 假如大量使用线程池,则有必要对线程池进行监控,使用的属性:
    • taskCount:线程池需要执行的任务数量。
    • completedTaskCount:线程池在运行过程中已完成的任务数量,小于或等于taskCount。
    • largestPoolSize:线程池里曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否曾经满过。如该数值等于线程池的最大大小,则表示线程池曾经满过。
    • getPoolSize:线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话,线程池里的线程不会自动销毁,所以这个大小只增不减。
    • getActiveCount:获取活动的线程数。

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