【Java并发编程学习 7】深入理解线程池

客官°小女子只卖身不卖艺 2023-07-18 02:26 168阅读 0赞

### 线程池 ###

*   *  什么是线程池
     *  线程池作用
     *  如何实现构建线程池
     *   *  什么是ThreadPoolExecutor
         *  什么是Executor
         *  线程池四种创建方式
         *  代码演示构建线程池的四种方式
         *   *  newCachedThreadPool
             *  newFixedThreadPool
             *  newScheduledThreadPool
             *  newSingleThreadExecutor
     *  自定义线程线程池
     *  线程池原理剖析
     *  如何合理分配线程池大小
     *   *  什么是CPU密集
         *  什么是IO密集
         *  分配CPU和IO密集：
         *  合理计算

## 什么是线程池 ##

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。在开发过程中，合理地使用线程池能够带来许多好处。

1.  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。
2.  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。
3.  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。但是，要做到合理利用

## 线程池作用 ##

线程池是为突然大量爆发的线程设计的，通过有限的几个固定线程为大量的操作服务，减少了创建和销毁线程所需的时间，从而提高效率。

如果一个线程所需要执行的时间非常长的话，就没必要用线程池了(不是不能作长时间操作，而是不宜。本来降低线程创建和销毁，结果你那么久我还不好控制还不如直接创建线程)，况且我们还不能控制线程池中线程的开始、挂起、和中止。

## 如何实现构建线程池 ##

### 什么是ThreadPoolExecutor ###

**ThreadPoolExecutor就是线程池**

ThreadPoolExecutor其实也是JAVA的一个类，通过Executor工厂类的方法，通过传入不同的参数，就可以构造出适用于不同应用场景下的ThreadPoolExecutor（线程池）

构造参数图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzEyMjA5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
构造参数参数介绍：

corePoolSize 核心线程数量
    maximumPoolSize 最大线程数量
    keepAliveTime 线程保持时间，N个时间单位
    unit 时间单位（比如秒，分）
    workQueue 阻塞队列
    threadFactory 线程工厂
    handler 线程池拒绝策略

### 什么是Executor ###

**Executor框架实现的就是线程池的功能。**

Executors工厂类中提供的newCachedThreadPool、newFixedThreadPool 、newScheduledThreadPool 、newSingleThreadExecutor 等方法其实也只是ThreadPoolExecutor的构造函数参数不同而已。通过传入不同的参数，就可以构造出适用于不同应用场景下的线程池，

Executor工厂类如何创建线程池图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzEyMjA5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 线程池四种创建方式 ###

**Java通过Executors（jdk1.5并发包）提供四种线程池，分别为：**

1.  newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
2.  newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
3.  newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
4.  newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

### 代码演示构建线程池的四种方式 ###

#### newCachedThreadPool ####

**特点**：newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果当前线程池的长度超过了处理的需要时，它可以灵活的回收空闲的线程，当需要增加时， 它可以灵活的添加新的线程，而不会对池的长度作任何限制

**缺点**：他虽然可以无线的新建线程，但是容易造成堆外内存溢出，因为它的最大值是在初始化的时候设置为 Integer.MAX\_VALUE，一般来说机器都没那么大内存给它不断使用。当然知道可能出问题的点，就可以去重写一个方法限制一下这个最大值

**总结**：线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

**代码示例：**

package com.lijie;
    
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    public class TestNewCachedThreadPool { 
        public static void main(String[] args) { 
            // 创建无限大小线程池，由jvm自动回收
            ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
            for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                final int temp = i;
                newCachedThreadPool.execute(new Runnable() { 
    
                    public void run() { 
                        try { 
                            Thread.sleep(100);
                        } catch (Exception e) { 
    
                        }
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i==" + temp);
                    }
                });
            }
        }
    }

#### newFixedThreadPool ####

**特点**：创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。

**缺点**：线程数量是固定的，但是阻塞队列是无界队列。如果有很多请求积压，阻塞队列越来越长，容易导致OOM（超出内存空间）

**总结**：请求的挤压一定要和分配的线程池大小匹配，定线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法是查看电脑CPU核心数量）

**代码示例：**

package com.lijie;
    
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    public class TestNewFixedThreadPool { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
            for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                final int temp = i;
                newFixedThreadPool.execute(new Runnable() { 
    
                    public void run() { 
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i==" + temp);
                    }
                });
            }
        }
    }

#### newScheduledThreadPool ####

**特点**：创建一个固定长度的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务执行，类似于Timer（Timer是Java的一个定时器类）

**缺点**：由于所有任务都是由同一个线程来调度，因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务（比如：一个任务出错，以后的任务都无法继续）。

**代码示例：**

package com.lijie;
    
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    public class TestNewScheduledThreadPool { 
        public static void main(String[] args) { 
            //定义线程池大小为3
            ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
            for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                final int temp = i;
                newScheduledThreadPool.schedule(new Runnable() { 
                    public void run() { 
                        System.out.println("i:" + temp);
                    }
                }, 3, TimeUnit.SECONDS);//这里表示延迟3秒执行。
            }
        }
    }

#### newSingleThreadExecutor ####

**特点**：创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它，他必须保证前一项任务执行完毕才能执行后一项。保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

**缺点**：缺点的话，很明显，他是单线程的，高并发业务下有点无力

**总结**：保证所有任务按照指定顺序执行的，如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它

**代码示例：**

package com.lijie;
    
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    public class TestNewSingleThreadExecutor { 
        public static void main(String[] args) { 
            ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
            for (int i = 0; i < 10; i++) { 
                final int index = i;
                newSingleThreadExecutor.execute(new Runnable() { 
    
                    public void run() { 
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " index:" + index);
                        try { 
                            Thread.sleep(200);
                        } catch (Exception e) { 
    
                        }
                    }
                });
            }
        }
    }

## 自定义线程线程池 ##

先看ThreadPoolExecutor（线程池）这个类的构造参数  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzEyMjA5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
构造参数参数介绍：

代码示例：

package com.lijie;
    
    import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
    import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    
    public class Test001 { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            //创建线程池
            ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(3));
            for (int i = 1; i <= 6; i++) { 
                TaskThred t1 = new TaskThred("任务" + i);
                //executor.execute(t1);是执行线程方法
                executor.execute(t1);
            }
            //executor.shutdown()不再接受新的任务，并且等待之前提交的任务都执行完再关闭，阻塞队列中的任务不会再执行。
            executor.shutdown();
        }
    }
    
    class TaskThred implements Runnable { 
        private String taskName;
    
        public TaskThred(String taskName) { 
            this.taskName = taskName;
        }
    
        public void run() { 
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + taskName);
        }
    }

## 线程池原理剖析 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzEyMjA5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
提交一个任务到线程池中，线程池的处理流程如下：

1.  判断线程池里的核心线程是否都在执行任务，如果不是（核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建）则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务，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.  判断线程池里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。

## 如何合理分配线程池大小 ##

### 什么是CPU密集 ###

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，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总的运算能力就那样。

### 什么是IO密集 ###

IO密集型，即该任务需要大量的IO，即大量的阻塞。在单线程上运行IO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，即时在单核CPU上，这种加速主要就是利用了被浪费掉的阻塞时间。

### 分配CPU和IO密集： ###

1.  CPU密集型时，任务可以少配置线程数，大概和机器的cpu核数相当，这样可以使得每个线程都在执行任务
2.  IO密集型时，大部分线程都阻塞，故需要多配置线程数，2\*cpu核数

### 合理计算 ###

**要想合理的配置线程池的大小，首先得分析任务的特性，可以从以下几个角度分析：**

1.  任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务、混合型任务。
2.  任务的优先级：高、中、低。
3.  任务的执行时间：长、中、短。
4.  任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接等。

**性质不同的任务可以交给不同规模的线程池执行。**

1.  CPU密集型任务应配置尽可能小的线程，如配置CPU个数+1的线程数
2.  IO密集型任务应配置尽可能多的线程，因为IO操作不占用CPU，不要让CPU闲下来，应加大线程数量

**可以得出一个结论：**  
线程等待时间比CPU执行时间比例越高，需要越多线程。  
线程CPU执行时间比等待时间比例越高，需要越少线程。

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