Java并发（四）线程池使用

上一篇博文介绍了线程池的实现原理，如今介绍如何使用线程池。

目录

　　1、建立线程池

　　2、向线程池提交任务

　　3、关闭线程池

　　4、合理配置线程池

　　5、线程池的监控

　　线程池建立规范

1、建立线程池

咱们能够经过ThreadPoolExecutor来建立一个线程池。

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime,
timeUnit, runnableTaskQueue, threadFactory, handler);

建立一个线程池时须要输入如下几个关键参数：

1. corePoolSize（线程池的基本大小）：当提交一个任务到线程池时，线程池会建立一个线程来执行任务，即便其余空闲的基本线程可以执行新任务也会建立线程，等到须要执行的任务数大于线程池基本大小时就再也不建立。若是调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提早建立并启动全部基本线程。

2. maximumPoolSize（线程池最大数量）：线程池容许建立的最大线程数。若是队列满了，而且已建立的线程数小于最大线程数，则线程池会再建立新的线程执行任务。值得注意的是，若是使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。

3. runnableTaskQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。能够选择如下几个阻塞队列。

队列	描述
ArrayBlockingQueue	一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。
LinkedBlockingQueue	一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量一般要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。
SynchronousQueue	一个不存储元素的阻塞队列。每一个插入操做必须等到另外一个线程调用移除操做，不然插入操做一直处于阻塞状态，吞吐量一般要高于Linked-BlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。
PriorityBlockingQueue	一个具备优先级的无限阻塞队列。

4. threadFactory：用于设置建立线程的工厂，能够经过线程工厂给每一个建立出来的线程设置更有意义的名字。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder能够快速给线程池里的线程设置有意义的名字，代码以下。

new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build();

若是不想使用ThreadFactoryBuilder，也能够自定义线程工厂类：

/**
 * 生成线程池所用的线程，只是改写了线程池默认的线程工厂，传入线程池名称，便于问题追踪
 */
static class EventThreadFactory implements ThreadFactory {

    private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
    /**
     * 线程所属的线程组
     */
    private final ThreadGroup group;
    /**
     * 用AtomicInteger来为线程计数，每次加1
     */
    private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
    /**
     * 线程名称
     */
    private final String namePrefix;

    /**
     * 初始化线程工厂
     *
     * @param poolName 线程池名称
     */
    EventThreadFactory(String poolName) {
        SecurityManager s = System.getSecurityManager();
        group = Objects.nonNull(s) ? s.getThreadGroup() : Thread.currentThread().getThreadGroup();
        // 命名线程
        namePrefix = poolName + "-pool-" + poolNumber.getAndIncrement() + "-thread-";
    }

    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = new Thread(group, r, namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(), 0);
        if (t.isDaemon())
            t.setDaemon(false);
        // 设置相同的线程优先级，避免线程池里的线程根据优先级争抢资源，保证任务的正常执行
        if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)
            t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        return t;
    }
}

5. RejectedExecutionHandler（饱和策略）：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采起一种策略处理提交的新任务。这个策略默认状况下是AbortPolicy，表示没法处理新任务时抛出异常。在JDK 1.5中Java线程池框架提供了如下4种策略。

策略	描述
AbortPolicy	直接抛出异常。
CallerRunsPolicy	只用调用者所在线程来运行任务。
DiscardOldestPolicy	丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
DiscardPolicy	不处理，丢弃掉。

固然，也能够根据应用场景须要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

6. keepAliveTime（线程活动保持时间）：线程池的工做线程空闲后，保持存活的时间。因此，若是任务不少，而且每一个任务执行的时间比较短，能够调大时间，提升线程的利用率。

7. timeUnit（线程活动保持时间的单位）：可选的单位有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟（MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微秒（MICROSECONDS，千分之一毫秒）和纳秒（NANOSECONDS，千分之一微秒）。

2、向线程池提交任务

可使用两个方法向线程池提交任务，分别为execute()和submit()方法。

execute()方法用于提交不须要返回值的任务，因此没法判断任务是否被线程池执行成功。经过如下代码可知execute()方法输入的任务是一个Runnable类的实例。

threadsPool.execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() { // TODO Auto-generated method stub  } });

submit()方法用于提交须要返回值的任务。线程池会返回一个future类型的对象，经过这个future对象能够判断任务是否执行成功，而且能够经过future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后当即返回，这时候有可能任务没有执行完。

Future<Object> future = executor.submit(harReturnValuetask);
        try { Object s = future.get(); } catch (InterruptedException e) { // 处理中断异常 } catch (ExecutionException e) { // 处理没法执行任务异常 } finally { // 关闭线程池  executor.shutdown(); }

3、关闭线程池

能够经过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工做线程，而后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，因此没法响应中断的任务可能永远没法终止。可是它们存在必定的区别，shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP，而后尝试中止全部的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表，而shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，而后中断全部没有正在执行任务的线程。

只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，isShutdown方法就会返回true。当全部的任务都已关闭后，才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true。至于应该调用哪种方法来关闭线程池，应该由提交到线程池的任务特性决定，一般调用shutdown方法来关闭线程池，若是任务不必定要执行完，则能够调用shutdownNow方法。

4、合理配置线程池

要想合理地配置线程池，就必须首先分析任务特性，能够从如下几个角度来分析。

• 任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务。
• 任务的优先级：高、中和低。
• 任务的执行时间：长、中和短。
• 任务的依赖性：是否依赖其余系统资源，如数据库链接。

性质不一样的任务能够用不一样规模的线程池分开处理。CPU密集型任务应配置尽量小的线程，如配置N_cpu+1个线程的线程池。因为IO密集型任务线程并非一直在执行任务，则应配置尽量多的线程，如2*N_cpu。混合型的任务，若是能够拆分，将其拆分红一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务，只要这两个任务执行的时间相差不是太大，那么分解后执行的吞吐量将高于串行执行的吞吐量。若是这两个任务执行时间相差太大，则不必进行分解。能够经过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法得到当前设备的CPU个数。

优先级不一样的任务可使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。它可让优先级高的任务先执行。

注意　若是一直有优先级高的任务提交到队列里，那么优先级低的任务可能永远不能执行。

执行时间不一样的任务能够交给不一样规模的线程池来处理，或者可使用优先级队列，让执行时间短的任务先执行。

依赖数据库链接池的任务，由于线程提交SQL后须要等待数据库返回结果，等待的时间越长，则CPU空闲时间就越长，那么线程数应该设置得越大，这样才能更好地利用CPU。

建议使用有界队列。有界队列能增长系统的稳定性和预警能力，能够根据须要设大一点儿，好比几千。有一次，咱们系统里后台任务线程池的队列和线程池全满了，不断抛出抛弃任务的异常，经过排查发现是数据库出现了问题，致使执行SQL变得很是缓慢，由于后台任务线程池里的任务全是须要向数据库查询和插入数据的，因此致使线程池里的工做线程所有阻塞，任务积压在线程池里。若是当时咱们设置成无界队列，那么线程池的队列就会愈来愈多，有可能会撑满内存，致使整个系统不可用，而不仅是后台任务出现问题。固然，咱们的系统全部的任务是用单独的服务器部署的，咱们使用不一样规模的线程池完成不一样类型的任务，可是出现这样问题时也会影响到其余任务。

5、线程池的监控

若是在系统中大量使用线程池，则有必要对线程池进行监控，方便在出现问题时，能够根据线程池的使用情况快速定位问题。能够经过线程池提供的参数进行监控，在监控线程池的时候可使用如下属性：

属性	描述
getTaskCount()	线程池须要执行的任务数量。
getCompletedTaskCount()	线程池在运行过程当中已完成的任务数量，小于或等于taskCount。
getLargestPoolSize()	线程池里曾经建立过的最大线程数量。经过这个数据能够知道线程池是否曾经满过。如该数值等于线程池的最大大小，则表示线程池曾经满过。
getPoolSize()	线程池的线程数量。若是线程池不销毁的话，线程池里的线程不会自动销毁，因此这个大小只增不减。
getActiveCount()	获取活动的线程数。

经过扩展线程池进行监控。能够经过继承线程池来自定义线程池，重写线程池的beforeExecute、afterExecute和terminated方法，也能够在任务执行前、执行后和线程池关闭前执行一些代码来进行监控。例如，监控任务的平均执行时间、最大执行时间和最小执行时间等。这几个方法在线程池里是空方法。

protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }

线程池建立规范

良好的开端是成功的一半。如下内容摘自阿里巴巴的Java开发手册，对咱们排查线程池问题有必定帮助：

1.【强制】线程资源必须经过线程池提供，不容许在应用中自行显式建立线程。

说明：使用线程池的好处是减小在建立和销毁线程上所花的时间以及系统资源的开销，解决资源不足的问题。若是不使用线程池，有可能形成系统建立大量同类线程而致使消耗完内存或者 “过分切换” 的问题。

2. 线程池不容许使用 Executors 去建立，而是经过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同窗更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。 说明：Executors 各个方法的弊端：

• newFixedThreadPool 和 newSingleThreadExecutor: 主要问题是堆积的请求处理队列可能会耗费很是大的内存，甚至 OOM。

• newCachedThreadPool 和 newScheduledThreadPool: 主要问题是线程数最大数是 Integer.MAX_VALUE，可能会建立数量很是多的线程，甚至 OOM。

3.【强制】建立线程或线程池时请指定有意义的线程名称，方便出错时回溯。

public class TimerTaskThread extends Thread {
    public TimerTaskThread(){
        super.setName("TimerTaskThread"); ...
    }
}