并发编程之线程池

1、线程池

一、什么是线程池

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎全部须要异步或并发执行任务的程序 均可以使用线程池。在开发过程当中，合理地使用线程池可以带来3个好处。

• 第一：下降资源消耗。经过重复利用已建立的线程下降线程建立和销毁形成的消耗。
• 第二：提升响应速度。当任务到达时，任务能够不须要等到线程建立就能当即执行。
• 第三：提升线程的可管理性。线程是稀缺资源，若是无限制地建立，不只会消耗系统资源，还会下降系统的稳定性，使用线程池能够进行统一分配、调优和监控。可是，要作到合理利用

频繁的建立多线程，很是占用CPU，线程过多时形成线程池溢出

二、线程池做用

线程池是为忽然大量爆发的线程设计的，经过有限的几个固定线程为大量的操做服务，减小了建立和销毁线程所需的时间，从而提升效率。

若是一个线程的时间很是长，就不必用线程池了(不是不能做长时间操做，而是不宜。)，何况咱们还不能控制线程池中线程的开始、挂起、和停止。

2、线程池的分类

ThreadPoolExecutor

Executor框架的最顶层实现是ThreadPoolExecutor类，Executors工厂类中提供的newScheduledThreadPool、newFixedThreadPool、newCachedThreadPool方法其实也只是ThreadPoolExecutor的构造函数参数不一样而已。经过传入不一样的参数，就能够构造出适用于不一样应用场景下的线程池。

• corePoolSize： 核心池的大小。 当有任务来以后，就会建立一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中
• maximumPoolSize： 线程池最大线程数，它表示在线程池中最多能建立多少个线程；
• keepAliveTime： 表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。
• unit： 参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值，在TimeUnit类中有7种静态属性

一、线程池四种建立方式

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

• newCachedThreadPool建立一个可缓存线程池，若是线程池长度超过处理须要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
• newFixedThreadPool 建立一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
• newScheduledThreadPool 建立一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
• newSingleThreadExecutor 建立一个单线程化的线程池，它只会用惟一的工做线程来执行任务，保证全部任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

二、newCachedThreadPool

建立一个可缓存线程池，若是线程池长度超过处理须要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。示例代码以下：

// 无限大小线程池 jvm自动回收
		ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int temp = i;
			newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {

				@Override
				public void run() {
					try {
						Thread.sleep(100);
					} catch (Exception e) {
						// TODO: handle exception
					}
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i:" + temp);

				}
			});
		}

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。

三、newFixedThreadPool

建立一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。示例代码以下：

ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int temp = i;
			newFixedThreadPool.execute(new Runnable() {

				@Override
				public void run() {
				    try {
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (Exception e) {
                        // TODO: handle exception
                    }
					System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ",i:" + temp);

				}
			});
		}

总结:由于线程池大小为5，每一个任务输出index后sleep 2秒，因此每两秒打印3个数字。 定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

四、newScheduledThreadPool

建立一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码以下：

ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
		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);
}

程序启动后会等待3秒，再执行

五、newSingleThreadExecutor

建立一个单线程化的线程池，它只会用惟一的工做线程来执行任务，保证全部任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码以下：

ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int index = i;
			newSingleThreadExecutor.execute(new Runnable() {

				@Override
				public void run() {
					System.out.println("index:" + index);
					try {
						Thread.sleep(200);
					} catch (Exception e) {
						// TODO: handle exception
					}
				}
			});
		}

结果依次输出

六、线程池原理剖析

提交一个任务到线程池中，线程池的处理流程以下：

• 一、判断线程池里的核心线程是否都在执行任务，若是不是（核心线程空闲或者还有核心线程没有被建立）则建立一个新的工做线程来执行任务。若是核心线程都在执行任务，则进入下个流程。
• 二、线程池判断工做队列是否已满，若是工做队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工做队列里。若是工做队列满了，则进入下个流程。
• 三、判断线程池里的线程是否都处于工做状态，若是没有，则建立一个新的工做线程来执行任务。若是已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

七、自定义线程线程池

• corePoolSize： 核心池的大小。 当有任务来以后，就会建立一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中
• maximumPoolSize： 线程池最大线程数，它表示在线程池中最多能建立多少个线程；
• keepAliveTime： 表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。
• unit： 参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值，在TimeUnit类中有7种静态属性

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, new ArrayBlockingQueue<>(3))
new ThreadPoolExecutor(1, 2, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(3))

若是当前线程池中的线程数目小于corePoolSize，则每来一个任务，就会建立一个线程去执行这个任务；

若是当前线程池中的线程数目>=corePoolSize，则每来一个任务，会尝试将其添加到任务缓存队列当中，若添加成功，则该任务会等待空闲线程将其取出去执行；若添加失败（通常来讲是任务缓存队列已满），则会尝试建立新的线程去执行这个任务；

若是队列已经满了，则在总线程数不大于maximumPoolSize的前提下，则建立新的线程

若是当前线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，则会采起任务拒绝策略进行处理；

若是线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，若是某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止，直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize；

若是容许为核心池中的线程设置存活时间，那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime，线程也会被终止。

public class Test0007 {

	public static void main(String[] args) {
		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);
		}
		executor.shutdown();
	}
}

class TaskThred implements Runnable {
	private String taskName;

	public TaskThred(String taskName) {
		this.taskName = taskName;
	}

	@Override
	public void run() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName()+taskName);
	}

}

八、CPU密集

CPU密集的意思是该任务须要大量的运算，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上才可能获得加速(经过多线程)，而在单核CPU上，不管你开几个模拟的多线程，该任务都不可能获得加速，由于CPU总的运算能力就那些。

九、IO密集

IO密集型，即该任务须要大量的IO，即大量的阻塞。在单线程上运行IO密集型的任务会致使浪费大量的CPU运算能力浪费在等待。因此在IO密集型任务中使用多线程能够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。

十、总结

要想合理的配置线程池的大小，首先得分析任务的特性，能够从如下几个角度分析：

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：是否依赖其余系统资源，如数据库链接等。

性质不一样的任务能够交给不一样规模的线程池执行。

对于不一样性质的任务来讲，CPU密集型任务应配置尽量小的线程，如配置CPU个数+1的线程数，IO密集型任务应配置尽量多的线程，由于IO操做不占用CPU，不要让CPU闲下来，应加大线程数量，如配置两倍CPU个数+1，而对于混合型的任务，若是能够拆分，拆分红IO密集型和CPU密集型分别处理，前提是二者运行的时间是差很少的，若是处理时间相差很大，则不必拆分了。

若任务对其余系统资源有依赖，如某个任务依赖数据库的链接返回的结果，这时候等待的时间越长，则CPU空闲的时间越长，那么线程数量应设置得越大，才能更好的利用CPU。

固然具体合理线程池值大小，须要结合系统实际状况，在大量的尝试下比较才能得出

• CPU密集型时，任务能够少配置线程数，大概和机器的cpu核数至关，这样可使得每一个线程都在执行任务
• IO密集型时，大部分线程都阻塞，故须要多配置线程数，2*cpu核数

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