Java 并发--- 线程池

时间  2019-12-08
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ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类，并提供了四个构造器，事实上，经过观察每一个构造器的源码具体实现，发现前面三个构造器都是调用的第四个构造器进行的初始化工做。java

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    .....
    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);
    .....
}

各个参数含义：数组

corePoolSize：核心池的大小。在建立了线程池后，默认状况下，线程池中并无任何线程，而是等待有任务到来才建立线程去执行任务，除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，从这2个方法的名字就能够看出，是预建立线程的意思，即在没有任务到来以前就建立corePoolSize个线程或者一个线程。默认状况下，在建立了线程池后，线程池中的线程数为0，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。缓存

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。ide

keepAliveTime：表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认状况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime才会起做用，直到线程池中的线程数不大于corePoolSize。即当线程池中的线程数大于corePoolSize时，若是一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。可是若是调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，keepAliveTime参数也会起做用，直到线程池中的线程数为0；this

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。线程

workQueue：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，这个参数的选择也很重要，会对线程池的运行过程产生重大影响，通常来讲，这里的阻塞队列有如下几种选择：ArrayBlockingQueue;
LinkedBlockingQueue; SynchronousQueue; PriorityBlockingQueuerest

threadFactory：线程工厂，主要用来建立线程；code

handler：表示当拒绝处理任务时的策略。继承

ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService，AbstractExecutorService是一个抽象类，它实现了ExecutorService接口，而ExecutorService又是继承了Executor接口。Executor接口定义：接口

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

Executor是一个顶层接口，在它里面只声明了一个方法execute(Runnable command)，返回值为void，参数为Runnable类型，从字面意思能够理解，就是用来执行传进去的任务的；

而后ExecutorService接口继承了Executor接口，并声明了一些方法：submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等；

抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口，基本实现了ExecutorService中声明的全部方法；

最后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。

在ThreadPoolExecutor类中有几个很是重要的方法：

execute()
submit()
shutdown()
shutdownNow()

execute()方法其实是Executor中声明的方法，在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现，这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法，经过这个方法能够向线程池提交一个任务，交由线程池去执行。

submit()方法是在ExecutorService中声明的方法，在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现，在ThreadPoolExecutor中并无对其进行重写，这个方法也是用来向线程池提交任务的，可是它和execute()方法不一样，它可以返回任务执行的结果，去看submit()方法的实现，会发现它实际上仍是调用的execute()方法，只不过它利用了Future来获取任务执行结果。

shutdown()和shutdownNow()是用来关闭线程池的。

其余方法：getQueue() 、getPoolSize() 、getActiveCount()、getCompletedTaskCount()等获取与线程池相关属性的方法。

线程池实现原理

线程池状态

在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量，另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态：

volatile int runState;
static final int RUNNING    = 0;
static final int SHUTDOWN   = 1;
static final int STOP       = 2;
static final int TERMINATED = 3;

runState表示当前线程池的状态，它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性；下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。

当建立线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；

若是调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不可以接受新的任务，它会等待全部任务执行完毕；

若是调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，而且会去尝试终止正在执行的任务；

当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，而且全部工做线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。

任务的执行

ThreadPoolExecutor类中其余的一些比较重要成员变量:

private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;              //任务缓存队列，用来存放等待执行的任务
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();   //线程池的主要状态锁，对线程池状态（好比线程池大小、runState等）的改变都要使用这个锁
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();  //用来存放工做集
 
private volatile long  keepAliveTime;    //线程存货时间   
private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;   //是否容许为核心线程设置存活时间
private volatile int   corePoolSize;     //核心池的大小（即线程池中的线程数目大于这个参数时，提交的任务会被放进任务缓存队列）
private volatile int   maximumPoolSize;   //线程池最大能容忍的线程数
 
private volatile int   poolSize;       //线程池中当前的线程数
 
private volatile RejectedExecutionHandler handler; //任务拒绝策略
 
private volatile ThreadFactory threadFactory;   //线程工厂，用来建立线程
 
private int largestPoolSize;   //用来记录线程池中曾经出现过的最大线程数
 
private long completedTaskCount;   //用来记录已经执行完毕的任务个数

举例：

假若有一个工厂，工厂里面有10个工人，每一个工人同时只能作一件任务。所以只要当10个工人中有工人是空闲的，来了任务就分配给空闲的工人作；

当10个工人都有任务在作时，若是还来了任务，就把任务进行排队等待；

若是说新任务数目增加的速度远远大于工人作任务的速度，那么此时工厂主管可能会想补救措施，好比从新招4个临时工人进来；而后就将任务也分配给这4个临时工人作；

若是说着14个工人作任务的速度仍是不够，此时工厂主管可能就要考虑再也不接收新的任务或者抛弃前面的一些任务了。

当这14个工人当中有人空闲时，而新任务增加的速度又比较缓慢，工厂主管可能就考虑辞掉4个临时工了，只保持原来的10个工人，毕竟请额外的工人是要花钱的。

这个例子中的corePoolSize就是10，而maximumPoolSize就是14（10+4）。

也就是说corePoolSize就是线程池大小，maximumPoolSize是线程池的一种补救措施，即任务量忽然过大时的一种补救措施。

largestPoolSize只是一个用来起记录做用的变量，用来记录线程池中曾经有过的最大线程数目，跟线程池的容量没有任何关系。

在ThreadPoolExecutor类中，最核心的任务提交方法是execute()方法，虽然经过submit也能够提交任务，可是实际上submit方法里面最终调用的仍是execute()方法，因此只须要研究execute()方法的实现原理便可。

// TODO

线程池中的线程初始化

默认状况下，建立线程池以后，线程池中是没有线程的，须要提交任务以后才会建立线程。在实际中若是须要线程池建立以后当即建立线程，能够经过如下两个方法办到：

prestartCoreThread()：初始化一个核心线程；
prestartAllCoreThreads()：初始化全部核心线程

任务缓存队列及排队策略

任务缓存队列，即workQueue，它用来存放等待执行的任务。

workQueue的类型为BlockingQueue ，一般能够取下面三种类型：

  • ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列，此队列建立时必须指定大小；
  • LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列，若是建立时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX_VALUE；
  • synchronousQueue：这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。

任务拒绝策略

当线程池的任务缓存队列已满而且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，若是还有任务到来就会采起任务拒绝策略，一般有如下四种策略：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，可是不抛出异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，而后从新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

线程池的关闭

ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，其中：

  • shutdown()：不会当即终止线程池，而是要等全部任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但不再会接受新的任务
  • shutdownNow()：当即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，而且清空任务缓存队列，返回还没有执行的任务

线程池容量的动态调整

ThreadPoolExecutor提供了动态调整线程池容量大小的方法：setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize().

使用示例

public class Test {
     public static void main(String[] args) {   
         ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200, TimeUnit.MILLISECONDS,
                 new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5));
          
         for(int i=0;i<15;i++){
             MyTask myTask = new MyTask(i);
             executor.execute(myTask);
             System.out.println("线程池中线程数目："+executor.getPoolSize()+"，队列中等待执行的任务数目："+
             executor.getQueue().size()+"，已执行玩别的任务数目："+executor.getCompletedTaskCount());
         }
         executor.shutdown();
     }
}
 
class MyTask implements Runnable {
    private int taskNum;
     
    public MyTask(int num) {
        this.taskNum = num;
    }
     
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("正在执行task "+taskNum);
        try {
            Thread.currentThread().sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("task "+taskNum+"执行完毕");
    }
}

执行结果：

正在执行task 0
线程池中线程数目：1，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：2，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 1
线程池中线程数目：3，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 2
线程池中线程数目：4，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 3
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 4
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：1，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：2，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：3，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：4，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：6，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 10
线程池中线程数目：7，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 11
线程池中线程数目：8，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 12
线程池中线程数目：9，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 13
线程池中线程数目：10，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 14
task 3执行完毕
task 0执行完毕
task 2执行完毕
task 1执行完毕
正在执行task 8
正在执行task 7
正在执行task 6
正在执行task 5
task 4执行完毕
task 10执行完毕
task 11执行完毕
task 13执行完毕
task 12执行完毕
正在执行task 9
task 14执行完毕
task 8执行完毕
task 5执行完毕
task 7执行完毕
task 6执行完毕
task 9执行完毕

从执行结果能够看出，当线程池中线程的数目大于5时，便将任务放入任务缓存队列里面，当任务缓存队列满了以后，便建立新的线程。若是上面程序中，将for循环中改为执行20个任务，就会抛出任务拒绝异常了。

不过在java doc中，并不提倡咱们直接使用ThreadPoolExecutor，而是使用Executors类中提供的几个静态方法来建立线程池：

Executors.newCachedThreadPool();       //建立一个缓冲池，缓冲池容量大小为Integer.MAX_VALUE
Executors.newSingleThreadExecutor();   //建立容量为1的缓冲池
Executors.newFixedThreadPool(int);     //建立固定容量大小的缓冲池

下面是这三个静态方法的具体实现:

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

newFixedThreadPool建立的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值是相等的，它使用LinkedBlockingQueue；

newSingleThreadExecutor将corePoolSize和maximumPoolSize都设置为1，也使用LinkedBlockingQueue；

newCachedThreadPool将corePoolSize设置为0，将maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE，使用SynchronousQueue，也就是说来了任务就建立线程运行，当线程空闲超过60秒，就销毁线程。

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