JAVA线程池使用分析

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线程池在实际开发中应用相当广泛,下面来科普一下。

线程池的优点

1. 减少资源消耗,通过复用线程减少线程的创建与销毁的消耗

2. 提高响应速度,任务到达,线程已经准备好了无需再重新创建

3. 线程的集中管理

线程池工作流程

线程池工作流程展示-1


重点理解该流程,将有助于我们把握线程池的使用

1. 如果当前运行的线程少于corePoolSize,则创建新线程来执行任务(执行这一步骤需要获取全局锁)。

2. 如果运行的线程等于或多于corePoolSize,则将任务加入BlockingQueue。

3. 如果无法将任务加入BlockingQueue(队列已满),则创建新的线程来处理任务(执行这一步骤需要获取全局锁)。

4. 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize,任务将被拒绝,并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。

注意:

1.BlockingQueue不需是有界队列第3点才有作用,因为如果无界队列不会满。而且在实际开发中也应尽量使用有界队列,Why?如果程序异常了,使用有界队列满了,线程达到最大数,顶多只是不再接受任务。但使用无界队列,任务将可能一直堆积,内存占用越来越大,最终拖垮服务器

2.尽可能避免第3点,全局锁很影响性能。所以很多时候我们会看见有直接把corePoolSize和maximumPoolSize设置为相同大小

线程池工作流程展示-2


线程池的创建

创建线程池

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime,milliseconds,runnableTaskQueue, handler);

参数说明

1. corePoolSize(线程池的基本大小):当提交一个任务到线程池时,线程池会创建一个线程来执行任务,即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程,等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。使用线程池的prestartAllCoreThreads()方法可以提前创建所有基本线程(既corePoolSize个线程)。

2. runnableTaskQueue(任务队列):用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下几个阻塞队列。

ArrayBlockingQueue:是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,吞吐量通常要高于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Linked-BlockingQueue,静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。

PriorityBlockingQueue:一个具有优先级的无限阻塞队列。

3. maximumPoolSize(线程池最大数量):线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了,并且已创建的线程数小于最大线程数,则线程池会再创建新的线程执行任务。如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。

4. ThreadFactory:用于设置创建线程的工厂,可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。

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,那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy,表示无法处理新任务时抛出异常。

在JDK 15中Java线程池框架提供了以下4种策略。

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。当然,也可以根据应用场景需要来实现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):线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。如果任务很多,并且每个任务执行的时间比较短,可以调大时间,提高线程的利用率。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)。

关闭线程池

线程池提供了shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理都是遍历线程池中的工作线程,然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程,所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。但是它们存在一定的区别,shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP,然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务线程,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,然后中断所有没有正在执行任务的线程。

摘录了几个网上关于关于shutdown和shutdownNow的几个问题

1、shutdown()

问:shutdown()有什么功能?

答:阻止新来的任务提交,对已经提交了的任务不会产生任何影响。当已经提交的任务执行完后,它会将那些闲置的线程(idleWorks)进行中断,这个过程是异步的。

问:如何阻止新来的任务提交?

答:通过将线程池的状态改成SHUTDOWN,当再将执行execute提交任务时,如果测试到状态不为RUNNING,则抛出rejectedExecution,从而达到阻止新任务提交的目的。

问:为何对提交的任务不产生任何影响?

答:在调用中断任务的方法时,它会检测workers中的任务,如果worker对应的任务没有中断,并且是空闲线程,它才会去中断。另外的话,workQueue中的值,还是按照一定的逻辑顺序不断的往works中进行输送的,这样一来,就可以保证提交的任务按照线程本身的逻辑执行,不受到影响。

2、shutdownNow()

问:shutdownNow()有什么功能?

答:阻止新来的任务提交,同时会中断当前正在运行的线程,即workers中的线程。另外它还将workQueue中的任务给移除,并将这些任务添加到列表中进行返回。

问:如何阻止新来的任务提交?

答:通过将线程池的状态改成STOP,当再将执行execute提交任务时,如果测试到状态不为RUNNING,则抛出rejectedExecution,从而达到阻止新任务提交的目的.

问:如果我提交的任务代码块中,正在等待某个资源,而这个资源没到,但此时执行shutdownNow(),会出现什么情况?

答:当执行shutdownNow()方法时,如遇已经激活的任务,并且处于阻塞状态时,shutdownNow()会执行1次中断阻塞的操作,此时对应的线程报InterruptedException,如果后续还要等待某个资源,则按正常逻辑等待某个资源的到达。例如,一个线程正在sleep状态中,此时执行shutdownNow(),它向该线程发起interrupt()请求,而sleep()方法遇到有interrupt()请求时,会抛出InterruptedException(),并继续往下执行。在这里要提醒注意的是,在激活的任务中,如果有多个sleep(),该方法只会中断第一个sleep(),而后面的仍然按照正常的执行逻辑进行。

合理地配置线程池

要想合理地配置线程池,就必须首先分析任务特性,可以从以下几个角度来分析。

·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:是否依赖其他系统资源,如数据库连接。

性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理

1. CPU密集型任务应配置尽可能小的线程,如配置Ncpu+1个线程的线程池。

2. IO密集型任务线程并不是一直在执行任务,则应配置尽可能多的线程,如2*Ncpu。

3. 如果是CPU和IO的混合型的任务,将其拆分成一个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。如果这两个任务执行时间相差太大,则没必要进行分解。

4. 优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。它可以让优先级高的任务先执行。

注意:可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数。

执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理

1. 可以使用优先级队列,让执行时间短的任务先执行。

2. 如果任务依赖数据库连接池的任务,而线程提交SQL后需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。

注:建议使用有界队列。有界队列能增加系统的稳定性和预警能力,可以根据需要预先设大一点

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