java并发编程——实际生产使用哪一个线程池（线程池ThreadPoolExecutor原理与面试题）

绝地灬酷狼 2022-12-09 14:56 105阅读 0赞

### =====文章目录===== ###

*  问题
 *  线程池ThreadPoolExecutor
 *  架构实现
 *  线程池如何使用
 *   *  线程池三种常用创建方式
 *  线程池七大参数
 *   *  表格
     *  方法注释
     *  流程
     *  线程池的拒绝策略
     *  实际生产使用哪一个线程池(重点)？
     *   *  自定义线程池参数选择
         *   *  CPU密集型任务
             *  IO密集型任务
 *  说说线程池底层工作原理(重点)
 *  如何查看CPU核心数
 *  参考资料

# 问题 #

线程池的好处和不足在哪儿？  
线程池底层实现原理是？  
日常开发中如何用好线程池？  
线程池实际用哪一个？

# 线程池ThreadPoolExecutor #

**概念**  
线程池做的工作主要是控制运行的线程的数量,**处理过程中将任务加入队列**,然后在线程创建后启动这些任务,**如果发生超过了最大数量**,超出的数量的线程排队等候,等其他线程执行完毕,再从队列中取出任务来执行.

**优点**  
他的主要特点为:**线程复用、控制最大并发数、管理线程.**

1.  线程复用：不用一直new新线程，重复利用已经创建的线程来降低线程的创建和销毁开销，节省系统资源。
2.  提高响应速度：当任务达到时，不用创建新的线程，直接利用线程池的线程。
3.  管理线程：可以控制最大并发数，控制线程的创建等。

**体系**  
`Executor`→`ExecutorService`→`AbstractExecutorService`→`ThreadPoolExecutor`。`ThreadPoolExecutor`是线程池创建的核心类。类似`Arrays`、`Collections`工具类，`Executor`也有自己的工具类`Executors`。

# 架构实现 #

Java中的线程池是通过Executor框架实现的,该框架中用到了Executor,Executors,ExecutorService,ThreadPoolExecutor这几个类.  
![在这里插入图片描述][20200922173400767.bmp]

# 线程池如何使用 #

## 线程池三种常用创建方式 ##

**newFixedThreadPool**：使用`LinkedBlockingQueue`实现，定长线程池。

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

**newSingleThreadExecutor**：使用`LinkedBlockingQueue`实现，一池只有一个线程。

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

**newCachedThreadPool**：使用`SynchronousQueue`实现，变长线程池。

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

# 线程池七大参数 #

int corePoolSize,核心线程
    int maximumPoolSize,非核心线程
    long keepAliveTime,时间
    TimeUnit unit,时间单位
    BlockingQueue<Runnable> workQueue,队列
     ThreadFactory threadFactory,线程工厂
    RejectedExecutionHandler handler 拒绝策略

## 表格 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>参数</th> 
   <th>意义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>corePoolSize</td> 
   <td>线程池常驻核心线程数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>maximumPoolSize</td> 
   <td>能够容纳的最大线程数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>keepAliveTime</td> 
   <td>空闲线程存活时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>unit</td> 
   <td>存活时间单位</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>workQueue</td> 
   <td>存放提交但未执行任务的队列</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>threadFactory</td> 
   <td>创建线程的工厂类</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>handler</td> 
   <td>等待队列满后的拒绝策略</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 方法注释 ##

corePoolSize – the number of threads to keep in the pool, even if they are idle, unless allowCoreThreadTimeOut is set  
maximumPoolSize – the maximum number of threads to allow in the pool  
keepAliveTime – when the number of threads is greater than the core, this is the maximum time that excess idle threads will wait for new tasks before terminating.  
unit – the time unit for the keepAliveTime argument  
workQueue – the queue to use for holding tasks before they are executed. This queue will hold only the Runnable tasks submitted by the execute method.  
threadFactory – the factory to use when the executor creates a new thread  
handler – the handler to use when execution is blocked because the thread bounds and queue capacities are reached

代码

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                  int maximumPoolSize,
                                  long keepAliveTime,
                                  TimeUnit unit,
                                  BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                                  ThreadFactory threadFactory,
                                  RejectedExecutionHandler handler) { 
            if (corePoolSize < 0 ||
                maximumPoolSize <= 0 ||
                maximumPoolSize < corePoolSize ||
                keepAliveTime < 0)
                throw new IllegalArgumentException();
            if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
                throw new NullPointerException();
            this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                    null :
                    AccessController.getContext();
            this.corePoolSize = corePoolSize;
            this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
            this.workQueue = workQueue;
            this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
            this.threadFactory = threadFactory;
            this.handler = handler;
        }

**理解**：线程池的创建参数，就像一个**银行**。

`corePoolSize`就像银行的“**当值窗口**“，比如今天有**2位柜员**在受理**客户请求**（任务）。如果超过2个客户，那么新的客户就会在**等候区**（等待队列`workQueue`）等待。当**等候区**也满了，这个时候就要开启“**加班窗口**”，让其它3位柜员来加班，此时达到**最大窗口**`maximumPoolSize`，为5个。如果开启了所有窗口，等候区依然满员，此时就应该启动”**拒绝策略**“`handler`，告诉不断涌入的客户，叫他们不要进入，已经爆满了。由于不再涌入新客户，办完事的客户增多，窗口开始空闲，这个时候就通过`keepAlivetTime`将多余的3个”加班窗口“取消，恢复到2个”当值窗口“。

## 流程 ##

如果正在运行的线程数小于corePoolSize，创建核心线程；大于等于corePoolSize，放入等待队列。

如果等待队列已满，但正在运行的线程数小于maximumPoolSize，创建非核心线程；大于等于maximumPoolSize，启动拒绝策略。

当一个线程无事可做一段时间keepAliveTime后，如果正在运行的线程数大于corePoolSize，则关闭非核心线程。

## 线程池的拒绝策略 ##

![在这里插入图片描述][20200922224648830.png_pic_center]

当等待队列满时，且达到最大线程数，再有新任务到来，就需要启动拒绝策略。JDK提供了四种拒绝策略，分别是。

1.  **AbortPolicy**：默认的策略，直接抛出`RejectedExecutionException`异常，阻止系统正常运行。
2.  **CallerRunsPolicy**：既不会抛出异常，也不会终止任务，而是将任务返回给调用者。
3.  **DiscardOldestPolicy**：抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加入队列中尝试再次提交任务。
4.  **DiscardPolicy**：直接丢弃任务，不做任何处理。

## 实际生产使用哪一个线程池(重点)？ ##

图片来自阿里java开发手册嵩山版  
![在这里插入图片描述][20200922233244146.png]

**单一、可变、定长都不用**！原因就是`FixedThreadPool`和`SingleThreadExecutor`底层都是用`LinkedBlockingQueue`实现的，这个队列最大长度为`Integer.MAX_VALUE`，显然会导致OOM。所以实际生产一般自己通过`ThreadPoolExecutor`的7个参数，自定义线程池。

ExecutorService threadPool=new ThreadPoolExecutor(2,5,
                            1L,TimeUnit.SECONDS,
                            new LinkedBlockingQueue<>(3),
                            Executors.defaultThreadFactory(),
                            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

### 自定义线程池参数选择 ###

#### CPU密集型任务 ####

对于CPU密集型任务，最大线程数是CPU线程数+1。

> CPU密集的意思是该任务需要大量的运算,而没有阻塞,CPU一直全速运行  
> CPU密集任务只有在真正的多核cPU上才可能得到加速(通过多线程),  
> 而在单核CPU上(悲剧吧?),无论你开几个模拟的多线程该任务都不可能得到加速,因为CPU总的运算能力就那些。  
> CPU密集型任务配置尽可能少的线程数量:  
> 一般公式:CPU核数+1个线程的线程池

#### IO密集型任务 ####

对于IO密集型任务，尽量多配点，可以是CPU线程数\*2，或者CPU线程数/(1-阻塞系数)。

某大厂经验

> IO密集型,即该任务需要大量的|O,即大量的阻塞。  
> 在单线程上运行lO密集型的任务会导致浪费大量的cPU运算能力浪费在等待  
> 所以在IO密集型任务中使用多线程可以大大的加速程序运行,即使在单核CPU上,这种加速主要就是利用了被浪费掉的阻塞时间。  
> IO密集型时,大部分线程都阻塞,故需要多配置线程数  
> 参考公式:CPU核数/1-阻塞系数  
> 阻塞系数在0.8~09之间  
> 比如8核CPU: 8 /（1-0.9）=80个线程数

# 说说线程池底层工作原理(重点) #

![在这里插入图片描述][8504f19b23a7a642f6c65a72292f7f2b.png_pic_center]

以下内容很重要 ，以下内容很重要，以下内容很重要

1.在创建了线程池后,等待提交过来的任务请求。  
2.当调用 execute(方法添加一个请求任务时,线程池会做如下判断  
　2.1如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize,那么马上创建线程运行这个任务;  
　2.2如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize,那么将这个任务放入队列  
　2.3如果这时候队列满了且正在运行的线程数量还小于 maximumPoolSize,那么还是要创建非核心线程立刻运行这个仼务  
　2.4如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize,那么线程池会启动饱和拒绝策略来执行。  
3.当一个线程完成任务时,它会从队列中取下一个任务来执行。  
4.当一个线程无事可做超过一定的时间( keepAlive Time)时,线程池会判断:  
如果当前运行的线程数大于corePoolSize,那么这个线程就被停掉。  
所以线程池的所有任务完成后它最终会收缩到 corePoolsize的大小。

# 如何查看CPU核心数 #

鼠标右键，No!!!

System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

# 参考资料 #

[java并发编程——线程池ThreadPoolExecutor使用][java_ThreadPoolExecutor]  
[阿里大佬带你，深入理解线程池底层原理][Link 1]  
[JVM-JUC-Core][]  
[阿里java开发手册嵩山版.pdf][java_.pdf]

[20200922173400767.bmp]: /images/20221123/e6f3c754fb564907999bdcd18182d7aa.png
[20200922224648830.png_pic_center]: /images/20221123/403890f9b6fb41948e31d43a711172d1.png
[20200922233244146.png]: /images/20221123/4e99903ccd874a428711641afb66661a.png
[8504f19b23a7a642f6c65a72292f7f2b.png_pic_center]: /images/20221123/0960c3ba69524a4287e6aabccd5aa707.png
[java_ThreadPoolExecutor]: https://blog.csdn.net/e891377/article/details/108743781
[Link 1]: http://blog.itpub.net/69917606/viewspace-2645729/
[JVM-JUC-Core]: https://github.com/MaJesTySA/JVM-JUC-Core/blob/master/docs/JUC.md
[java_.pdf]: https://developer.aliyun.com/topic/java20?utm_content=g_1000161792