java线程池的使用

Java通过Executors提供四种线程池,分别为:

  1. newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池,如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程,那么就会回收部分空闲(60秒不执行任务)的线程,当任务数增加时,此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制,线程池大小完全依赖于操作系统(或者说JVM)能够创建的最大线程大小。

  2. newFixedThreadPool 创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。

  3. newScheduledThreadPool 创建一个无限长线程池,支持定时及周期性任务执行。

  4. newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

(1). newCachedThreadPool
创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。示例代码如下:

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);
}
});
}

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。

(2). newFixedThreadPool
创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。示例代码如下:

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) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
});
}

因为线程池大小为3,每个任务输出index后sleep 2秒,所以每两秒打印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()。可参考PreloadDataCache。

(3) newScheduledThreadPool
创建一个大小无限的线程池,支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下:

ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
  
@Override
public void run() {
System.out.println("delay 3 seconds");
}
}, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟3秒执行。

scheduleAtFixedRate:在任务执行时间小于间隔时间的情况下,程序以起始时间为准则,每隔指定时间执行一次,不受任务执行时间影响;当执行任务时间大于间隔时间,等待原有任务执行完成,马上开启下一个任务进行执行。此时,执行间隔时间已经被打乱。
scheduleWithFixedDelay:无论任务执行时间长短,都是当第一个任务执行完成之后,延迟指定时间再开始执行第二个任务。

定期执行示例代码如下:

scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
  
@Override
public void run() {
System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
}
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟1秒后每3秒执行一次。

ScheduledExecutorService比Timer更安全,功能更强大,后面会有一篇单独进行对比。

(4)、newSingleThreadExecutor
创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下:

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) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
});
}

结果依次输出,相当于顺序执行各个任务。

现行大多数GUI程序都是单线程的。Android中单线程可用于数据库操作,文件操作,应用批量安装,应用批量删除等不适合并发但可能IO阻塞性及影响UI线程响应的操作。

线程池的作用:

线程池作用就是限制系统中执行线程的数量。根据系统的环境情况,可以自动或手动设置线程数量,达到运行的最佳效果;少了浪费了系统资源,多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量,其他线程排 队等候。一个任务执行完毕,再从队列的中取最前面的任务开始执行。若队列中没有等待进程,线程池的这一资源处于等待。当一个新任务需要运行时,如果线程池 中有等待的工作线程,就可以开始运行了;否则进入等待队列。

为什么要用线程池:

1.减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。

2.可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存,线程开的越多,消耗的内存也就越大,最后死机)。

3.Java里面线程池的顶级接口是Executor,但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池,而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

比较重要的几个类:

  • ExecutorService

真正的线程池接口。

  • ScheduledExecutorService

能和Timer/TimerTask类似,解决那些需要任务重复执行的问题。

  • ThreadPoolExecutor

ExecutorService的默认实现。

  • ScheduledThreadPoolExecutor

继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现,周期性任务调度的类实现。

ThreadPoolExecutor:

  • ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,long keepAliveTime, TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler)

    corePoolSize:线程池维护线程的最少数量 (core : 核心)

    maximumPoolSize:线程池维护线程的最大数量

    keepAliveTime: 线程池维护线程所允许的空闲时间

    unit: 线程池维护线程所允许的空闲时间的单位

    workQueue: 线程池所使用的缓冲队列

    handler: 线程池对拒绝任务的处理策略

    一个任务通过execute(Runnable)方法被添加到线程池,任务就是一个Runnable类型的对象,任务的执行方法就是Runnable类型对象的run()方法。
    当一个任务通过execute(Runnable)方法欲添加到线程池时:

  1. 如果线程池中运行的线程 小于corePoolSize ,即使线程池中的线程都处于空闲状态,也要 创建新的线程 来处理被添加的任务。

  2. 如果线程池中运行的线程大于等于corePoolSize,但是缓冲队列workQueue未满 ,那么任务被放入缓冲队列 。

  3. 如果此时线程池中的数量大于corePoolSize,缓冲队列workQueue满(即无法将请求加入队列 ),并且线程池中的数量小于maximumPoolSize,建新的线程 来处理被添加的任务。

  4. 如果此时线程池中的数量大于corePoolSize,缓冲队列workQueue满,并且线程池中的数量等于maximumPoolSize ,那么通过 handler 所指定的策略来处理此任务。

  5. 当线程池中的线程数量大于 corePoolSize时,如果某线程空闲时间超过keepAliveTime,线程将被终止 。这样,线程池可以动态的调整池中的线程数。
    也就是:处理任务的优先级为:
    corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize,如果三者都满了,使用handler处理被拒绝的任务。

  • 一般情况下,队列的大小遵循下面的公式:

      queSize <= ClientTimeOut(秒) * TPS;
      队列大小 小于等于 客户端超时 * 每秒处理的交易数
    
  • unit可选的参数为java.util.concurrent.TimeUnit中的几个静态属性:
    NANOSECONDS、MICROSECONDS、MILLISECONDS、SECONDS。

workQueue一共有三种

  • 常用的是: java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue

  • 直接提交。 工作队列的默认选项是 SynchronousQueue ,它将任务直接提交给线程而不保持它们 。在此,如果不存在可用于立即运行任务的线程 ,则试图把任务加入队列将失败,因此会构造一个新的线程 。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务 。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时,此策略允许无界线程具有增长的可能性。

  • 无界队列。 使用无界队列(例如,不具有预定义容量的 LinkedBlockingQueue )将导致在所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样,创建的线程就不会超过 corePoolSize 。(因此,maximumPoolSize 的值也就无效了。)当每个任务完全独立于其他任务,即任务执行互不影响时,适合于使用无界队列;例如,在 Web 页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求,当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时,此策略允许无界线程具有增长的可能性。

  • 有界队列。 当使用有限的 maximumPoolSizes 时,有界队列(如 ArrayBlockingQueue )有助于防止资源耗尽 ,但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷:使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销,但是可能导致人工降低吞吐量。如果任务频繁阻塞(例如,如果它们是 I/O 边界),则系统可能为超过您许可的更多线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小,CPU 使用率较高,但是可能遇到不可接受的调度开销,这样也会降低吞吐量。

  • 使用无界queue可能会耗尽系统资源
    使用有界queue可能不能很好的满足性能,需要调节线程数和queue大小
    线程数自然也有开销,所以需要根据不同应用进行调节

handler有四个选择

  1. ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
    //抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException异常

  2. ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
    //重试添加当前的任务,他会自动重复调用execute()方法

  3. ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
    //抛弃旧的任务

  4. ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()
    // 抛弃当前的任务

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