ThreadPoolExecutor 的理解和一些示例

水深无声 2022-09-04 02:51 159阅读 0赞

### ThreadPoolExecutor 的理解和一些示例 ###

*  ThreadPoolExecutor类 简介
 *  ThreadPoolExecutor 的构造方法
 *   *  各个参数的定义
     *  构造方法示例
 *  线程池配置的各种参数以及策略
 *   *  1. corePoolSize (核心池的大小)与 maximumPoolSize（线程池最大线程数）
     *  2. 线程创建的时机
     *  3. 线程创建的工厂方法 ThreadFactory
     *  4. 保持活动时间 keepAliveTime
     *  5. BlockingQueue 任务队列
     *   *  任务队列的策略
     *  6. 被拒绝的任务的处理策略
     *  7. 队列维护
     *  8. 钩子(hook)方法
 *  一些示例
 *   *  钩子用法示例
     *  任务拒绝策略示例
 *  Executors 中提供了三种常用的ThreadPoolExecutor的创建：
 *  1. FixedThreadPool 固定线程池
 *  2. SingleThreadPoolExcutor 单线程池
 *  3. CachedThreadPool 缓存线程池

写一个线程池工具类，对ThreadPoolExecutor 的各个参数觉得模糊，网上搜到一篇文章，觉得写得不错，记录一下，方便自己以后阅读。

**原文出自**：[https://www.cnblogs.com/jinggod/p/8489169.html][https_www.cnblogs.com_jinggod_p_8489169.html]

# ThreadPoolExecutor类 简介 #

java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类，因此如果要透彻地了解Java中的线程池，必须先了解这个类。

# ThreadPoolExecutor 的构造方法 #

## 各个参数的定义 ##

①、**corePoolSize**：核心线程数量，创建了就一直存在；

②、**maximumPoolSize**： 最大线程数量 ；

③、**keepAliveTime**：空闲线程没有任务执行时存活的时间，超过存活时间则线程会被终止。**最大空闲线程数 = 最大线程数量 - 核心线程数**；

④、**timeUnit**：keepAliveTime 的时间单位；

⑤、**workQueue**：corePoolSize 用满时，提交进来的任务会优先放到任务队列；

⑥、**threadFactory**：线程工厂类，可自定义；

⑦、**handler**：任务的拒绝策略，可自定义。

## 构造方法示例 ##

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

**注意： 几个参数的大小范围，corePoolSize >= 0，maximumPoolSize >= 1 ，keepAliveTime >= 0(keepAliveTime为0时，表示线程永久存活，即使空闲很长时间，也不会撤销)**

# 线程池配置的各种参数以及策略 #

## 1. corePoolSize (核心池的大小)与 maximumPoolSize（线程池最大线程数） ##

①、**ThreadPoolExecutor** 将根据 corePoolSize 和 maximumPoolSize 设置的边界自动调整池大小。

②、**池中线程的创建策略。** 当新任务在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交时，如果运行的线程少于 corePoolSize，则创建新线程来处理请求，即使其他辅助线程是空闲的。如果运行的线程多于 corePoolSize 而少于 maximumPoolSize，则仅当队列满时才创建新线程。

③、**数量固定的线程池。** 如果设置的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 相同，则创建了固定大小的线程池。

④、**线程池数量任意。** 如果将 maximumPoolSize 设置为基本的无界值（如 Integer.MAX\_VALUE），则允许池适应任意数量的并发任务。

⑤、**动态更改大小。** 在大多数情况下，核心和最大池大小仅基于构造来设置，不过也可以使用 setCorePoolSize(int) 和 setMaximumPoolSize(int) 进行动态更改。

## 2. 线程创建的时机 ##

①、**默认情况下**，即使核心线程最初只是在新任务到达时才创建和启动的；

②、 也可以使用方法 prestartCoreThread() 或 prestartAllCoreThreads() 对其进行动态重写。如果构造带有非空队列的池，则可能希望预先启动线程。

## 3. 线程创建的工厂方法 ThreadFactory ##

使用 **ThreadFactory 创建新线程**。通过提供不同的 ThreadFactory，可以改变线程的名称、线程组、优先级、守护进程状态，等等。如果从 newThread 返回 null 时 ThreadFactory 未能创建线程，则执行程序将继续运行，但不能执行任何任务。

## 4. 保持活动时间 keepAliveTime ##

①、如果池中当前有多于 corePoolSize 的线程，则这些多出的线程在空闲时间超过 keepAliveTime 时将会终止,直到池中的数量减少到核心数。这提供了当池处于非活动状态时减少资源消耗的方法。

②、默认情况下，保持活动策略只在有多于 corePoolSizeThreads 的线程时应用。但是只要 keepAliveTime 值非 0，allowCoreThreadTimeOut(boolean) 方法调用后，也可将此超时策略应用于核心线程。

## 5. BlockingQueue 任务队列 ##

①、如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选添加新的线程，而不进行排队。

②、如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。

③、如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。

### 任务队列的策略 ###

a、\*\*直接提交。\*\*工作队列的默认选项是 SynchronousQueue，它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此，如果不存在可用于立即运行任务的线程，则试图把任务加入队列将失败，因此会构造一个新的线程。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性。

b、\*\*无界队列。\*\*使用无界队列（例如，不具有预定义容量的 LinkedBlockingQueue）将导致在所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程就不会超过 corePoolSize。（因此，maximumPoolSize 的值也就无效了。）当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用无界队列；例如，在 Web 页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求，当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性。

c、\*\*有界队列。\*\*当使用有限的 maximumPoolSizes 时，有界队列（如 ArrayBlockingQueue）有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。如果任务频繁阻塞（例如，如果它们是 I/O 边界），则系统可能为超过您许可的更多线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小，CPU 使用率较高，但是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量。

## 6. 被拒绝的任务的处理策略 ##

当 Executor 已经关闭，并且 Executor 将有限边界用于最大线程和工作队列容量，且已经饱和时，在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交的新任务将被拒绝。在以上两种情况下，execute 方法都将调用其 RejectedExecutionHandler 的 RejectedExecutionHandler.rejectedExecution(java.lang.Runnable, java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor) 方法。下面提供了四种预定义的处理程序策略：

①、ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。

②、ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。

③、ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：如果执行程序尚未关闭，丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）。

④、ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务。即直接在 execute 方法的调用线程中运行被拒绝的任务；

## 7. 队列维护 ##

方法 getQueue() 允许出于监控和调试目的而访问工作队列。强烈反对出于其他任何目的而使用此方法。remove(java.lang.Runnable) 和 purge() 这两种方法可用于在取消大量已排队任务时帮助进行存储回收。

## 8. 钩子(hook)方法 ##

此类提供 protected 可重写的 beforeExecute(Runnable) 和 afterExecute(Runnable, Throwable) 方法，这两种方法分别在执行每个任务之前和之后调用。它们可用于操纵执行环境；例如，重新初始化 ThreadLocal、搜集统计信息或添加日志条目。此外，还可以重写方法 terminated() 来执行 Executor 完全终止后需要完成的所有特殊处理。

# 一些示例 #

## 钩子用法示例 ##

此类的大多数扩展可以重写一个或多个受保护的钩子 (hook) 方法。例如，下面是一个添加了简单的暂停/恢复功能的子类：

class PausableThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor { 
       private boolean isPaused;
       private ReentrantLock pauseLock = new ReentrantLock();
       private Condition unpaused = pauseLock.newCondition();
    
       public PausableThreadPoolExecutor(...) {  super(...); }
     
       protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { 
         super.beforeExecute(t, r);
         pauseLock.lock();
         try { 
           while (isPaused) unpaused.await();
         } catch(InterruptedException ie) { 
           t.interrupt();
         } finally { 
           pauseLock.unlock();
         }
       }
     
       public void pause() { 
         pauseLock.lock();
         try { 
           isPaused = true;
         } finally { 
           pauseLock.unlock();
         }
       }
     
       public void resume() { 
         pauseLock.lock();
         try { 
           isPaused = false;
           unpaused.signalAll();
         } finally { 
           pauseLock.unlock();
         }
       }
     }

## 任务拒绝策略示例 ##

下面的例子是通过传入各种参数，配置创建了一个ThreadPoolExecutor线程池实例，并向此线程池提交多个任务，而且任务的数量大于线程池的承受数量。

public class Test_29 { 
       public static void main(String[] args) throws InterruptedException { 
    	   SynchronousQueue<Runnable> queue = new SynchronousQueue<>();
    	   MyThreadFactory threadFactory = new MyThreadFactory();
           //创建一个线程池
    	   ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(2, 3, 60,TimeUnit.SECONDS,queue, threadFactory, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
    
           //向线程池提交四个任务 
    	   for(int i=0;i<4;i++){ 
    		   MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
    		   poolExecutor.execute(myRunnable);
    	   }
    	   
    	   //关闭线程池
    	   poolExecutor.shutdown();
       }
    }
    
    //自定义的工厂方法
    class MyThreadFactory implements ThreadFactory{ 
    
    	static int number=0;
    	final String BASE_NAME = "poolthread_";
    
    	@Override
    	public Thread newThread(Runnable r) { 
    		number++;
    		//自定线程池的创建线程的工厂方法，这里指定线程池中的每个线程命名：poolthread_i
    		Thread thread = new Thread(r,BASE_NAME+number);
    		System.out.println("线程池创建了一个线程："+BASE_NAME+number);
    		return thread;
    	}
    }
    
    class MyRunnable implements Runnable{ 
    
    	@Override
    	public void run() { 
    		try { 
    			//休眠一秒，模拟线程的执行过程
    			Thread.sleep(1000);
    		} catch (InterruptedException e) { 
    			e.printStackTrace();
    		}
    		//输出当前执行任务的线程的名称
            System.out.println("任务完成，执行任务的线程是："+Thread.currentThread().getName());	
    	}
    }

**运行结果：**

线程池创建了一个线程：poolthread_1
    线程池创建了一个线程：poolthread_2
    线程池创建了一个线程：poolthread_3
    任务完成，执行任务的线程是：main
    任务完成，执行任务的线程是：poolthread_2
    任务完成，执行任务的线程是：poolthread_3
    任务完成，执行任务的线程是：poolthread_1

注意此线程池的配置，队列用的是 SynchronousQueue ，即不会存储任务，都是要立即执行任务，所以此线程池的同一时间内只能最多接受3个任务。而例子一共提交了4个任务，由于拒绝任务的策略是ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy，所以被线程池拒绝执行的任务，就由main线程执行了。

**拒绝任务的策略，除了JDK已经提供的四种外，还可以自定义策略，方法就是实现 RejectedExecutionHandler 接口**

# Executors 中提供了三种常用的ThreadPoolExecutor的创建： #

# 1. FixedThreadPool 固定线程池 #

固定线程池 的线程数量是固定的，由传入的参数决定。线程 keepAliveTime 为0，即不会因为空闲超时而关闭线程，同时队列是无边界的队列，不会发生任务丢弃。

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

# 2. SingleThreadPoolExcutor 单线程池 #

单线程池中线程数量固定为1.

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

# 3. CachedThreadPool 缓存线程池 #

缓存线程池的核心线程corePoolSize 数量为0，但是池中的最大线程数是 无边界。空闲超时为60s，队列用了SynchronousQueue，即任务是立即交付运行的。

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

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