[基础篇]-Java线程池全介绍

骑猪看日落 2021-09-07 06:04 281阅读 0赞

## 1.什么是线程池 ##

线程池就是提前创建若干个线程，若有任务需要处理，线程池里的线程就会处理任务，处理完之后线程并不会被销毁，而是等待下一个任务。减少频繁创建和销毁线程消耗系统资源。

## 2.为什么要用线程池 ##

频繁创建、销毁 线程。会对系统资源的极大浪费。如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统稳定性。因此，实际开发会使用线程池来管理、复用线程。

## 3.使用线程池的优点 ##

*  **降低资源消耗**： 重复利用线程，减少创建和销毁造成的消耗。
 *  **提升响应速度**： 任务到达，不需要创建，立即执行。
 *  **提高可管理型**： 线程是CPU调度和分派的基本单位，对任务统一进行 分配、调优和监控。

## 4.创建线程池的方式 ##

Java从1.5 Executors 类提供四种创建线程池方式

### 4.1newSingleThreadExecutor ###

*  单个线程的线程池，每次只有一个线程工作，单线程串行执行任务
 *  队列长度-Integer.MAX\_VALUE

### 4.2newFixedThreadPool ###

*  定线程数，线程池 ，核心线程数=最大线程数=设置的线程数，可控制线程最大并发数
 *  队列长度-Integer.MAX\_VALUE

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

### 4.3newCachedThreadPool ###

*  **可缓存线程池**，有任务才新建线程，闲置线程保存60秒
 *  最大线程数长度-Integer.MAX\_VALUE

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

### 4.4newScheduledThreadPool ###

*  **定核心线程数，线程池**，支持定时及周期性任务执行。
 *  最大线程数长度-Integer.MAX\_VALUE

## 5.为什么不建议使用 Executors静态工厂构建线程池 ##

主要原因：**队列堆积，有OOM风险**

### 5.1.FixedThreadPool 和 SingleThreadPool ###

允许的请求队列（底层实现是LinkedBlockingQueue）队列长度为Integer.MAX\_VALUE，  
可能会堆积大量的请求，从而导致OOM

### 5.2.CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool ###

允许的创建线程数量为Integer.MAX\_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致OOM。

## 6.线程池参数与含义 ##

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

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><strong>参数</strong></th> 
   <th><strong>含义</strong></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>corePoolSize</td> 
   <td>核心线程数量，一直存在<br> 除非allowCoreThreadTimeOut设置为true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>maximumPoolSize</td> 
   <td>线程池允许的最大线程池数量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>keepAliveTime</td> 
   <td>线程数量超过corePoolSize，<br> 空闲线程的最大超时时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>unit</td> 
   <td>超时时间的单位</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>workQueue</td> 
   <td>工作队列，保存等待执行任务的阻塞队列</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>threadFactory</td> 
   <td>自定义线程的工厂类，一般用来设置线程名称</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>handler</td> 
   <td>当线程池和队列都满了，再加入线程会执行此策略<br> 详见第<a href="https://blog.csdn.net/qq_38011415/article/details/107434554#45McJ" rel="nofollow">8</a>点</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**附1.时间参数取值范围**

TimeUnit.DAYS;               //天
    TimeUnit.HOURS;             //小时
    TimeUnit.MINUTES;           //分钟
    TimeUnit.SECONDS;           //秒
    TimeUnit.MILLISECONDS;      //毫秒
    TimeUnit.MICROSECONDS;      //微妙
    TimeUnit.NANOSECONDS;       //纳秒

**附2.常见阻塞队列**

*  ArrayBlockingQueue
    
     *  是一个基于数组结构的有界阻塞队列，按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序，创建时必须指定大小；
 *  LinkedBlockingQueue
    
     *  基于链表的先进先出队列，若创建时没有指定队列大小，则默认为Integer.MAX\_VALUE；
 *  synchronousQueue
    
     *  是一个内部只能包含一个元素的队列。插入元素到队列的线程被阻塞，直到另一个线程从队列中获取了队列中存储的元素。同样，如果线程尝试获取元素并且当前不存在任何元素，则该线程将被阻塞，直到线程将元素插入队列

综上，一般建议使用LinkedBlockingQueue，并合理设置队列大小

## 7.线程池的执行顺序 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4MDExNDE1_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 8.拒绝策略 ##

拒绝策略也可以叫饱和策略，作为线程池定义的最后一个参数，同样至关重要。线程数和队列不可能无穷大，当队列和线程都满了的时候，那么必须采取一种策略去处理继续追加的任务。于是就有了拒绝策略的引入。<br />以下是内置的4中拒绝策略，默认是ThreadPoolExecutor.AbortPolicy，当超过最大值时直接抛出异常

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>ThreadPoolExecutor.AbortPolicy</th> 
   <th>丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy</td> 
   <td>丢弃任务，但是不抛出异常</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy</td> 
   <td>丢弃队列最前面的任务，然后重新提交被拒绝的任务</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy</td> 
   <td>由调用线程（提交任务的线程）处理该任务</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 9.如何合理设置线程池大小 ##

《Java并发编程实战》中最原始的公式是这样的：  
　　*N* = *N* \* *U* \* (1 + *W/C*)  
其中 \_N\_是\_CPU\_核心数 , \_U\_是\_CPU\_使用率介于0~1之间 , *W/C* 是等待时间与计算时间的比率  
  
  
java可以通过如下代码获取当前设备的CPU个数。

Runtime.getRuntime().availableProcessors()

实际使用中一般会根据任务类型划分，对于不同类型的任务适当分配不同大小的线程池

*  CPU密集型任务
    
     *  尽量使用较小的线程池，一般为**CPU核心数+1**。
     *  因为CPU密集型任务使得CPU使用率很高，若开过多的线程，会增加上下文切换的次数，带来额外的开销。
 *  IO密集型任务
    
     *  可以使用稍大的线程池，一般为2\*CPU核心数。
     *  IO密集型任务CPU使用率并不高，因此可以让CPU在等待IO的时候去处理别的任务，充分利用CPU时间。
 *  混合型任务
    
     *  可以将任务分成IO密集型和CPU密集型任务，然后分别用不同的线程池去处理。  
        只要分完之后两个任务的执行时间相差不大，那么就会比串行执行来的高效。
     *  因为如果划分之后两个任务执行时间相差甚远，那么先执行完的任务就要等后执行完的任务，最终的时间仍然取决于后执行完的任务，而且还要加上任务拆分与合并的开销，得不偿失。

**结论：线程等待时间所占比例越高，需要越多线程。线程CPU时间所占比例越高，需要越少线程**

## 10.线程池的关闭 ##

ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭

*  shutdown()
    
     *  不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，将不会接受新的任务
     *  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
 *  shutdownNow()
    
     *  立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务
     *  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
     *  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

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