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java中的四种线程池介绍

2019/09/07 java语言

java中的四种线程池介绍

1、简单介绍

​ 线程池用于管理线程的创建与销毁,避免无用线程造成资源浪费,当需要创建多个线程时,我们往往需要一个管理者来管理这些线程,这也就引入了线程池的概念.java中有四种较为常见的线程池也是我们使用最广泛的线池,FixedThreadPool(固定线程数的线程池),ChachedThreadPool(缓存型线程池),SingleThreadExecutor(单线程线程池),ScheduledThreadPool(周期性调度线程池).这几种线程池本质都是通过ThreadPoolExecutor来创建的。

线程池的大概思路如下

1）线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。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，则进入下个流程。 2）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里。如果工作队列满了，则进入下个流程。 3）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。

2、如何创建一个线程池

通过ThreadPoolExecutor构造方法来创建一个线程池。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler){
}

​ 参数说明：

  1. corePoolSize（线程池的基本大小）：当提交一个任务到线程池时，如果当前poolSize<corePoolSize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. 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。

  3. 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。

  4. 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）。

  5. 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。
    1. 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。
    2. 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。
    3. 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。
    4. PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。

  6. 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。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();

  7. 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。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JDK 1.5中Java线程池框架提供了以下4种策略。
    1. AbortPolicy：直接抛出异常。
    2. CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
    3. DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
    4. 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。

    3、使用线程池

    3.1、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。这两个方法的区别就是，execute()用于提交不需要返回值的任务，submit()方法用于提交需要返回值的任务。

    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
    }
});

    对于submit()方法而言，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<Object> future = executor.submit(haveReturnValuetask);
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();
}

    3.2、关闭线程池

    ​ 可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的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。但是它们存在一定的区别，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，而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。 ​ 只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后，才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true。至于应该调用哪一种方法来关闭线程池，应该由提交到线程池的任务特性决定，通常调shutdown方法来关闭线程池，如果任务不一定要执行完，则可以调用shutdownNow方法。

3、java中常见的四种线程池

​ java.util.concurrent.Executors工厂类可以创建四种类型的线程池，通过Executors.newXXX方法即可创建。

3.1、FixedThreadPool

​ 实现方式

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads){
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

特点介绍

  1. FixedThreadPool是一种容量固定的线程池；
  2. 阻塞队列采用LinkedBlockingQueue，它是一种无界队列；
  3. 由于阻塞队列是一个无界队列，因此永远不可能拒绝执行任务；
  4. 由于采用无界队列，实际线程数将永远维持在nThreads，因此maximumPoolSize和keepAliveTime将无效。

3.2、CachedThreadPool

​ 实现方式

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

特点介绍

  1. CachedThreadPool是一种可以无限扩容的线程池；
  2. CachedThreadPool比较适合执行时间片比较小的任务；
  3. keepAliveTime为60，意味着线程空闲时间超过60s就会被杀死；
  4. 阻塞队列采用SynchronousQueue，这种阻塞队列没有存储空间，意味着只要有任务到来，就必须得有一个工作线程来处理，如果当前没有空闲线程，那么就再创建一个新的线程。

3.3、SingleThreadExecutor

​ 实现方式

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

特点介绍

  1. SingleThreadExecutor只会创建一个工作线程来处理任务。

3.4、ScheduledThreadPool

​ ScheduledThreadPool是一个能实现定时、周期性任务的线程池。

​ 实现方式

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }

特点

  1. ScheduledThreadPool接收SchduledFutureTask类型的任务，提交任务的方式有2种；
    1. scheduledAtFixedRate；
    2. scheduledWithFixedDelay；
  2. SchduledFutureTask接收参数： time：任务开始时间 sequenceNumber：任务序号 period：任务执行的时间间隔
  3. 阻塞队列采用DelayQueue，它是一种无界队列；
  4. DelayQueue内部封装了一个PriorityQueue，它会根据time的先后排序，若time相同，则根据sequenceNumber排序；
  5. 工作线程执行流程：
    1. 工作线程会从DelayQueue中取出已经到期的任务去执行；
    2. 执行结束后重新设置任务的到期时间，再次放回DelayQueue。

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