java四种线程池的使用

内容纲要

一、四种线程池

Java通过Executors提供四种线程池,分别为

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。
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。
newScheduledThreadPool 创建一个可定期或者延时执行任务的定长线程池,支持定时及周期性任务执行。
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。

二、核心类

四种线程池本质都是创建ThreadPoolExecutor类,ThreadPoolExecutor构造参数如下

  1. int corePoolSize, 核心线程大小

  2. int maximumPoolSize,最大线程大小

  3. long keepAliveTime, 超过corePoolSize的线程多久不活动被销毁时间

  4. TimeUnit unit,时间单位

  5. BlockingQueue workQueue 任务队列

  6. ThreadFactory threadFactory 线程池工厂

  7. RejectedExecutionHandler handler 拒绝策略

三、阻塞队列

  1. ArrayBlockingQueue :一个由数组结构组成的有界阻塞队列

  2. LinkedBlockingQueue :一个由链表结构组成的有界阻塞队列(常用)

  3. PriorityBlockingQueue :一个支持优先级排序的无界阻塞队列

  4. DelayQueue: 一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列

  5. SynchronousQueue: 一个不存储元素的阻塞队列(常用)

  6. LinkedTransferQueue: 一个由链表结构组成的无界阻塞队列

  7. LinkedBlockingDeque: 一个由链表结构组成的双向阻塞队列

四、四种默认线程池源码初步分析

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

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

//创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。延迟执行
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

查看源码,四种线程池都是创建了ThreadPollExecutor对象,只是传递的参数不一样而已,观察传入的workQueue 都是默认,即最大可添加Integer.MAX_VALUE个任务,这也就是阿里巴巴java开发规范禁止直接使用java提供的默认线程池的原因了

五、线程池任务执行流程

  1. 当线程池小于corePoolSize时,新提交任务将创建一个新线程执行任务,即使此时线程池中存在空闲线程。

  2. 当线程池达到corePoolSize时,新提交任务将被放入workQueue中,等待线程池中任务调度执行

  3. 当workQueue已满,且maximumPoolSize>corePoolSize时,新提交任务会创建新线程执行任务

  4. 当提交任务数超过maximumPoolSize时,新提交任务由RejectedExecutionHandler处理

  5. 当线程池中超过corePoolSize线程,空闲时间达到keepAliveTime时,释放空闲线程

  6. 当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时,该参数默认false,线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭

六、使用场景详解

newCachedThreadPool:

  • 底层:返回ThreadPoolExecutor实例,corePoolSize为0;maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE;keepAliveTime为60L;时间单位TimeUnit.SECONDS;workQueue为SynchronousQueue(同步队列)
  • 通俗:当有新任务到来,则插入到SynchronousQueue中,由于SynchronousQueue是同步队列,因此会在池中寻找可用线程来执行,若有可以线程则执行,若没有可用线程则创建一个线程来执行该任务;若池中线程空闲时间超过指定时间,则该线程会被销毁。
  • 适用:执行很多短期的异步任务
    /**
    * 1.创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程,那么就会回收部分空闲(60秒不执行任务)的线程<br>
    * 2.当任务数增加时,此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务<br>
    * 3.此线程池不会对线程池大小做限制,线程池大小完全依赖于操作系统(或者说JVM)能够创建的最大线程大小<br>
    */
    public static void cacheThreadPool() {
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            final int ii = i;
            try {
                Thread.sleep(ii * 1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            cachedThreadPool.execute(()->out.println("线程名称:" + Thread.currentThread().getName() + ",执行" + ii));
        }
    }
    -----output------
    线程名称:pool-1-thread-1,执行1
    线程名称:pool-1-thread-1,执行2
    线程名称:pool-1-thread-1,执行3
    线程名称:pool-1-thread-1,执行4
    线程名称:pool-1-thread-1,执行5
    线程名称:pool-1-thread-1,执行6
    线程名称:pool-1-thread-1,执行7
    线程名称:pool-1-thread-1,执行8
    线程名称:pool-1-thread-1,执行9
    线程名称:pool-1-thread-1,执行10

newFixedThreadPool:

  • 底层:返回ThreadPoolExecutor实例,接收参数为所设定线程数量n,corePoolSize和maximumPoolSize均为n;keepAliveTime为0L;时间单位TimeUnit.MILLISECONDS;WorkQueue为:new LinkedBlockingQueue() 无界阻塞队列
  • 通俗:创建可容纳固定数量线程的池子,每个线程的存活时间是无限的,当池子满了就不再添加线程了;如果池中的所有线程均在繁忙状态,对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
  • 适用:执行长期任务
/**
  * 1.创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程,直到线程达到线程池的最大大小<br>
  * 2.线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变,如果某个线程因为执行异常而结束,那么线程池会补充一个新线程<br>
  * 3.因为线程池大小为3,每个任务输出index后sleep 2秒,所以每两秒打印3个数字,和线程名称<br>
  */
public static void fixTheadPoolTest() {
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int ii = i;
            fixedThreadPool.execute(() -> {
                out.println("线程名称:" + Thread.currentThread().getName() + ",执行" + ii);
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
}
------output-------
线程名称:pool-1-thread-3,执行2
线程名称:pool-1-thread-1,执行0
线程名称:pool-1-thread-2,执行3
线程名称:pool-1-thread-3,执行4
线程名称:pool-1-thread-1,执行5
线程名称:pool-1-thread-2,执行6
线程名称:pool-1-thread-3,执行7
线程名称:pool-1-thread-1,执行8
线程名称:pool-1-thread-3,执行9

newSingleThreadExecutor:

  • 底层:FinalizableDelegatedExecutorService包装的ThreadPoolExecutor实例,corePoolSize为1;maximumPoolSize为1;keepAliveTime为0L;时间单位TimeUnit.MILLISECONDS;workQueue为:new LinkedBlockingQueue() 无解阻塞队列
  • 通俗:创建只有一个线程的线程池,当该线程正繁忙时,对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
  • 适用:按顺序执行任务的场景
/** 
 *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
 */
public static void singleTheadPoolTest() {
        ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int ii = i;
            pool.execute(() -> out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + ii));
        }
}

-----output-------
 线程名称:pool-1-thread-1,执行0
 线程名称:pool-1-thread-1,执行1
 线程名称:pool-1-thread-1,执行2
 线程名称:pool-1-thread-1,执行3
 线程名称:pool-1-thread-1,执行4
 线程名称:pool-1-thread-1,执行5
 线程名称:pool-1-thread-1,执行6
 线程名称:pool-1-thread-1,执行7
 线程名称:pool-1-thread-1,执行8
 线程名称:pool-1-thread-1,执行9

NewScheduledThreadPool:

  • 底层:创建ScheduledThreadPoolExecutor实例,该对象继承了ThreadPoolExecutor,corePoolSize为传递来的参数,maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE;keepAliveTime为0;时间单位TimeUnit.NANOSECONDS;workQueue为:new DelayedWorkQueue() 一个按超时时间升序排序的队列
  • 通俗:创建一个固定大小的线程池,线程池内线程存活时间无限制,线程池可以支持定时及周期性任务执行,如果所有线程均处于繁忙状态,对于新任务会进入DelayedWorkQueue队列中,这是一种按照超时时间排序的队列结构
  • 适用:执行周期性任务
/**
 * 创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。延迟执行
 */
public static void sceduleThreadPool() {
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        Runnable r1 = () -> out.println("线程名称:" + Thread.currentThread().getName() + ",执行:3秒后执行");
        scheduledThreadPool.schedule(r1, 3, TimeUnit.SECONDS);
        Runnable r2 = () -> out.println("线程名称:" + Thread.currentThread().getName() + ",执行:延迟2秒后每3秒执行一次");
        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(r2, 2, 3, TimeUnit.SECONDS);
        Runnable r3 = () -> out.println("线程名称:" + Thread.currentThread().getName() + ",执行:普通任务");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            scheduledThreadPool.execute(r3);
        }
}
----output------
线程名称:pool-1-thread-1,执行:普通任务
线程名称:pool-1-thread-5,执行:普通任务
线程名称:pool-1-thread-4,执行:普通任务
线程名称:pool-1-thread-3,执行:普通任务
线程名称:pool-1-thread-2,执行:普通任务
线程名称:pool-1-thread-1,执行:延迟2秒后每3秒执行一次
线程名称:pool-1-thread-5,执行:3秒后执行
线程名称:pool-1-thread-4,执行:延迟2秒后每3秒执行一次
线程名称:pool-1-thread-4,执行:延迟2秒后每3秒执行一次
线程名称:pool-1-thread-4,执行:延迟2秒后每3秒执行一次
线程名称:pool-1-thread-4,执行:延迟2秒后每3秒执行一次

七、备注:

  • 一般如果线程池任务队列采用LinkedBlockingQueue队列的话,那么不会拒绝任何任务(因为其大小为Integer.MAX_VALUE),这种情况下,ThreadPoolExecutor最多仅会按照最小线程数corePoolSize来创建线程,也就是说线程池大小被忽略了。
  • 如果线程池任务队列采用ArrayBlockingQueue队列,初始化设置了最大队列数。那么ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize才会生效,那么ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize才会生效会采用新的算法处理任务,
  • 例如假定线程池的最小线程数为4,最大为8,ArrayBlockingQueue最大为10。随着任务到达并被放到队列中,线程池中最多运行4个线程(即核心线程数)直到队列完全填满,也就是说等待状态的任务小于等于10,ThreadPoolExecutor也只会利用4个核心线程线程处理任务。
  • 如果队列已满,而又有新任务进来,此时才会启动一个新线程,这里不会因为队列已满而拒接该任务,相反会启动一个新线程。新线程会运行队列中的第一个任务,为新来的任务腾出空间。如果线程数已经等于最大线程数,任务队列也已经满了,则线程池会拒绝这个任务,默认拒绝策略是抛出异常。
  • 这个算法背的理念是:该池大部分时间仅使用核心线程(4个),即使有适量的任务在队列中等待运行。这时线程池就可以用作节流阀。如果挤压的请求变得非常多,这时该池就会尝试运行更多的线程来清理;这时第二个节流阀—最大线程数就起作用了。
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