线程池技术

线程池

“线程池”,顾名思义就是一个线程缓存,线程是稀缺资源,如果被无限制的创建,不
仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,因此Java中提供线程池对线程进行统一分配、
调优和监控

线程池介绍

在web开发中,服务器需要接受并处理请求,所以会为一个请求来分配一个线程来进行处理。如果每次请求都新创建一个线程的话实现起来非常简便,但是存在一个问题:

如果并发的请求数量非常多,但每个线程执行的时间很短,这样就会频繁的创建和销毁线程,如此一来会大大降低系统的效率。可能出现服务器在为每个请求创建新线程和销毁线程上花费的时间和消耗的系统资源要比处理实际的用户请求的时间和资源更多。

那么有没有一种办法使执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务呢?
这就是线程池的目的了。线程池为线程生命周期的开销和资源不足问题提供了解决方案。通过对多个任务重用线程,线程创建的开销被分摊到了多个任务上。

什么时候使用线程池?

  • 单个任务处理时间比较短
  • 需要处理的任务数量很大

线程池优势

  • 重用存在的线程,减少线程创建,消亡的开销,提高性能
  • 提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
  • 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制的创建,不仅会消耗系统资
    源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一的分配,调优和监控。

Executor框架

Executor接口是线程池框架中最基础的部分,定义了一个用于执行Runnable的execute方
法。

  1. execute(Runnable command):履行Ruannable类型的任务,
  2. submit(task):可用来提交Callable或Runnable任务,并返回代表此任务的Future
    对象
  3. shutdown():在完成已提交的任务后封闭办事,不再接管新任务,
  4. shutdownNow():停止所有正在履行的任务并封闭办事。
  5. isTerminated():测试是否所有任务都履行完毕了。
  6. isShutdown():测试是否该ExecutorService已被关闭。

参数解释

corePoolSize

线程池中的核心线程数,当提交一个任务时,线程池创建一个新线程执行任务,直到当
前线程数等于corePoolSize;如果当前线程数为corePoolSize,继续提交的任务被保存到
阻塞队列中,等待被执行;如果执行了线程池的prestartAllCoreThreads()方法,线程池会
提前创建并启动所有核心线程

maximumPoolSize

线程池中允许的最大线程数。如果当前阻塞队列满了,且继续提交任务,则创建新的线
程执行任务,前提是当前线程数小于maximumPoolSize;

keepAliveTime

线程池维护线程所允许的空闲时间。当线程池中的线程数量大于corePoolSize的时候,如果这时没有新的任务提交,核心线程外的线程不会立即销毁,而是会等待,直到等待的时间超过了keepAliveTime;

unit

keepAliveTime的单位;

workQueue

用来保存等待被执行的任务的阻塞队列,且任务必须实现Runable接口,在JDK中提供了如下阻塞队列:

  1. ArrayBlockingQueue:基于数组结构的有界阻塞队列,按FIFO排序任务;
  2. LinkedBlockingQuene:基于链表结构的阻塞队列,按FIFO排序任务,吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene;
  3. SynchronousQuene:一个不存储元素的阻塞队列,每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作,否则插入操作一直处于阻塞状态,吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene;
  4. priorityBlockingQuene:具有优先级的无界阻塞队列;


    image.png

threadFactory

        它是ThreadFactory类型的变量,用来创建新线程。默认使用Executors.defaultThreadFactory() 来创建线程。使用默认的ThreadFactory来创建线程时,会使新创建的线程具有相同的NORM_PRIORITY优先级并且是非守护线程,同时也设置了线程的名称

handler

        线程池的饱和策略,当阻塞队列满了,且没有空闲的工作线程,如果继续提交任务,必须采取一种策略处理该任务,线程池提供了4种策略:

  1. AbortPolicy:直接抛出异常,默认策略;
  2. CallerRunsPolicy:用调用者所在的线程来执行任务;
  3. DiscardOldestPolicy:丢弃阻塞队列中靠最前的任务,并执行当前任务;
  4. DiscardPolicy:直接丢弃任务;

上面的4种策略都是ThreadPoolExecutor的内部类。
当然也可以根据应用场景实现RejectedExecutionHandler接口,自定义饱和策略,如记录日志或持久化存储不能处理的任务。


image.png

线程池原理

线程池原理

简单来说,在执行execute()方法时如果状态一直是RUNNING时,的执行过程如下:

  1. 如果workerCount < corePoolSize,则创建并启动一个线程来执行新提交的任
    务;
  2. 如果workerCount >= corePoolSize,且线程池内的阻塞队列未满,则将任务添
    加到该阻塞队列中;
  3. 如 果 workerCount >= corePoolSize && workerCount <
    maximumPoolSize,且线程池内的阻塞队列已满,则创建并启动一个线程来执行新
    提交的任务;
  4. 如果workerCount >= maximumPoolSize,并且线程池内的阻塞队列已满, 则根
    据拒绝策略来处理该任务, 默认的处理方式是直接抛异常。

这里要注意一下addWorker(null, false);,也就是创建一个线程,但并没有传入任务,因为
任务已经被添加到workQueue中了,所以worker在执行的时候,会直接从workQueue中
获取任务。所以,在workerCountOf(recheck) == 0时执行addWorker(null, false);也是
为了保证线程池在RUNNING状态下必须要有一个线程来执行任务。

execute方法执行流程

关于线程被创建的问题

当有任务被加入时,工作线程 < corePoolSize 时会调用addWorker(command, true)创建线程,由于线程是被创建出来的(Runnable任务被封装在worker的属性里面),worker的run方法里面开启了一个自旋的方法for(;;),同时利用Runnable r = timed ? workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take();获取队列的Runnable任务(没有任务时阻塞,真妙),如果获取到Runnable任务,即可被调用Runnable的run方法;

关于线程被回收问题

  • 回收线程一般只回收maximumPoolSize - corePoolSize的线程;
  • 对于corePoolSize的线程,有个allowCoreThreadTimeOut参数,允许核心线程也能被回收;
  • 在java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor#getTask里获取的返回值为null时,就有可能被回收线程;
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