Java多线程并发04——合理使用线程池

在此以前，咱们已经了解了关于线程的基本知识，今天将为各位带来，线程池这一技术。关注个人公众号「Java面典」了解更多 Java 相关知识点。

为何使用线程池？线程池作的工做主要是控制运行的线程的数量。

线程池的种类

Java 中经常使用的线程池主要有四种：newCachedThreadPool、newFixedThreadPool、newScheduledThreadPool、newSingleThreadExecutor。

newCachedThreadPool

做用：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（缓存中已有 60 秒钟未被使用的线程），若无可回收，则新建线程。

特色：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。

实现：

ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i;
    try {
        Thread.sleep(index * 1000);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }

    cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(index);
        }
    });
}

newFixedThreadPool

做用：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。

特色：

1. 若是在关闭前的执行期间因为失败而致使任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务（若是须要）；
2. 在某个线程被显式地关闭以前，池中的线程将一直存在。

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()。

实现：

ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i;
    fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(index);
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
}

newScheduledThreadPool

做用：建立一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

实现：

ScheduledExecutorService scheduledThreadPoo l= Executors.newScheduledThreadPool(3); 

scheduledThreadPool.schedule(newRunnable() { 
    @Override 
    public void run() {
        System.out.println("延迟三秒");
    }
}, 3, TimeUnit.SECONDS);

scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(newRunnable(){ 
    @Override 
    public void run() {
        System.out.println("延迟 1 秒后每三秒执行一次");
    }
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

newSingleThreadExecutor

做用：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。

特色：这个线程池能够在线程死后（或发生异常时）从新启动一个线程来替代原来的线程继续执行下去。

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

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println(index);
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    });
}

线程池原理

做用：线程复用、控制最大并发数、管理线程。线程池作的工做主要是控制运行的线程的数量，处理过程当中将任务放入队列，而后在线程建立后启动这些任务，若是线程数量超过了最大数量超出数量的线程排队等候，等其它线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。

线程复用

每个 Thread 的类都有一个 start() 方法。 当调用 start 启动线程时 Java 虚拟机会调用该类的 run() 方法。 那么该类的 run() 方法中就是调用了 Runnable 对象的 run() 方法。 咱们能够继承重写Thread 类，在其 start () 方法中添加不断循环调用传递过来的 Runnable 对象。 这就是线程池的实现原理。循环方法中不断获取 Runnable 是用 Queue 实现的，在获取下一个 Runnable 以前能够是阻塞的。

线程池的组成

通常的线程池主要分为如下 4 个组成部分：

1. 线程池管理器：用于建立并管理线程池；
2. 工做线程：线程池中的线程；
3. 任务接口：每一个任务必须实现的接口，用于工做线程调度其运行；
4. 任务队列：用于存放待处理的任务，提供一种缓冲机制。

Java 中的线程池是经过 Executor 框架实现的，该框架中用到了 Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor ，Callable 和 Future、FutureTask 这几个类。ThreadPoolExecutor 的构造方法以下：

/**
* @param corePoolSize 指定线程池中的线程数量
* @param maximumPoolSize 指定线程池中的最大线程数量
* @param keepAliveTime 当前线程池数量超过 corePoolSize 时，多余的空闲线程的存活时间
* @param unit keepAliveTime 的单位
* @param workQueue 任务队列，被提交但还没有被执行的任务
*/
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    // threadFactory 线程工厂，用于建立线程，通常用默认的便可
    // handler 拒绝策略，当任务太多来不及处理，如何拒绝任务
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

拒绝策略

做用：线程池中的线程已经用完了，没法继续为新任务服务，同时，等待队列也已经排满了，再也塞不下新任务了。这时候咱们就须要拒绝策略机制合理的处理这个问题。

JDK 内置的拒绝策略以下：

1. AbortPolicy ： 直接抛出异常，阻止系统正常运行；
2. CallerRunsPolicy ： 只要线程池未关闭，该策略直接在调用者线程中，运行当前被丢弃的任务。显然这样作不会真的丢弃任务，可是，任务提交线程的性能极有可能会急剧降低；
3. DiscardOldestPolicy ： 丢弃最老的一个请求，也就是即将被执行的一个任务，并尝试再次提交当前任务；
4. DiscardPolicy ： 该策略默默地丢弃没法处理的任务，不予任何处理。若是容许任务丢失，这是最好的一种方案。

以上内置拒绝策略均实现了 RejectedExecutionHandler 接口，若以上策略仍没法知足实际须要，彻底能够本身扩展 RejectedExecutionHandler 接口。

Java 线程池工做过程

1. 线程池刚建立时，里面没有一个线程。任务队列是做为参数传进来的。不过，就算队列里面有任务，线程池也不会立刻执行它们；
2. 当调用 execute() 方法添加一个任务时，线程池会作以下判断：
   a). 若是正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么立刻建立线程运行这个任务；
   b). 若是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；
   c). 若是这时候队列满了，并且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么仍是要
   建立非核心线程马上运行这个任务；
   d). 若是队列满了，并且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常 RejectExecutionException。
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. 当一个线程无事可作，超过必定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，若是当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。因此线程池的全部任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。

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