Java线程池详解

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简介

什么是线程池

线程池（ThreadPool）是一种基于池化思想管理和使用线程的机制。它是将多个线程预先存储在一个“池子”内，当有任务出现时可以避免重新创建和销毁线程所带来性能开销，只需要从“池子”内取出相应的线程执行对应的任务即可。常见的运用池化思想的有：内存池、数据库连接池。使用线程池的优点如下：

  • 提高线程的利用率
  • 提高程序的相应速度
  • 便于统一管理线程对象

银行营业厅案例

假设银行正常可以同时给3个客户办理业务(绿色表示)，最多可同时给5个用户办理业务(多余的用红色表示)，等候区最多可以等待4个客户(用蓝色表示)，小人表示客户。正常的营业厅处理业务流程如下图所示：
在这里插入图片描述
注：这个流程用于模拟线程池，和实际银行办理业务还是有点区别。

假设同时进来7个用户，办理业务效果如下：
在这里插入图片描述
4个等待区用户只有等前面的窗口办理完才能依次办理。

假设同时进来10个用户，办理业务效果如下：
在这里插入图片描述
第10个用户超出最大限度被拒绝办理业务，其余等待区用户只有等前面的窗口办理完才能依次办理，4和5号窗口超时后会重新进入空闲状态。

执行流程

上面案例中的正常办理业务窗口数对应线程池中的核心线程数，最多办理业务窗口数对应线程池中的最大线程数，等候区对应线程池中的阻塞(等待)队列。线程池关键节点的执行流程如下：

  • 当线程数小于核心线程数时，创建线程。
  • 当线程数大于等于核心线程数，且任务队列未满时，将任务放入任务队列。
  • 当线程数大于等于核心线程数，且任务队列已满：若线程数小于最大线程数，创建线程；若线程数等于最大线程数，抛出异常，拒绝任务。

线程池的执行流程如下图所示：
在这里插入图片描述

参考链接

创建方式

所有创建方式

Java线程池一共有7种，按创建类分为两种：

  • 通过Executors类创建
    • Executors.newFixedThreadPool
      创建一个固定大小的线程池，可控制并发的线程数，超出的线程会在队列中等待
    • Executors.newCachedThreadPool
      创建一个可缓存的线程池，若线程数超过处理所需，缓存一段时间后会回收，若线程数不够，则新建线程
    • Executors.newSingleThreadExecutor
      创建单个线程数的线程池，它可以保证先进先出的执行顺序
    • Executors.newScheduledThreadPool
      创建一个可以执行延迟任务的线程池
    • Executors.newSingleThreadScheduledExecutor
      创建一个单线程的可以执行延迟任务的线程池
    • Executors.newWorkStealingPool
      创建一个抢占式执行的线程池（任务执行顺序不确定）JDK 1.8 中添加
  • 通过ThreadPoolExecutor类创建
    最原始的创建线程池的方式，它包含了 7 个参数可供设置，后面会详细讲。

一般使用Java提供了创建线程池的接口Executor()，推荐用子类ThreadPoolExecutor来创建线程池。这在阿里巴巴《Java开发手册》中有说明：

【强制】线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。
说明：Executors 返回的线程池对象的弊端如下：
1） FixedThreadPool 和 SingleThreadPool：允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。
2）CachedThreadPool：允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

参考链接

通过ThreadPoolExecutor创建

该类参数最多的构造方法如下：

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public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                         int maximumPoolSize,
                         long keepAliveTime,
                         TimeUnit unit,
                         BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                         ThreadFactory threadFactory,
                         RejectedExecutionHandler handler) {
                         // 省略相关代码
}

参数说明如下：

  • corePoolSize
    核心线程数
  • maximumPoolSize
    最大线程数
  • keepAliveTime
    最大线程数可以存活的时间，就是线程池中除了核心线程之外的其他的最长可以保留的时间，因为在线程池中，除了核心线程即使在无任务的情况下也不能被清除，其余的都是有存活时间的，意思就是非核心线程可以保留的最长的空闲时间
  • unit
    计算keepAliveTime的单位
  • workQueue
    阻塞(等待)队列。一共有ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue等7种阻塞队列
  • threadFactory
    创建线程的工厂，主要用来创建线程，默认为正常优先级、非守护线程。
  • handler
    拒绝策略。一共有下面四种：
    • AbortPolicy
      不执行新任务，直接抛出异常，提示线程池已满
    • DisCardPolicy
      不执行新任务，也不抛出异常
    • DisCardOldSetPolicy
      将消息队列中的第一个任务替换为当前新进来的任务执行
    • CallerRunsPolicy
      直接调用execute来执行当前任务

示例代码：

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public class ThreadPoolTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(3,5,1L, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue(4),Executors.defaultThreadFactory());
        for(int i=0;i<7;i++){
            executorService.execute(()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" "+"--->办理业务");
            });
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

运行结果：

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pool-1-thread-2 --->办理业务
pool-1-thread-1 --->办理业务
pool-1-thread-3 --->办理业务
pool-1-thread-1 --->办理业务
pool-1-thread-2 --->办理业务
pool-1-thread-1 --->办理业务
pool-1-thread-3 --->办理业务

当for循环中的i<10时运行结果：

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pool-1-thread-2 --->办理业务
pool-1-thread-4 --->办理业务
pool-1-thread-2 --->办理业务
pool-1-thread-3 --->办理业务
pool-1-thread-3 --->办理业务
pool-1-thread-1 --->办理业务
pool-1-thread-5 --->办理业务
pool-1-thread-2 --->办理业务
pool-1-thread-4 --->办理业务
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task com.test.ThreadPoolTest$$Lambda$1/1209271652@7a79be86 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@880ec60[Running, pool size = 5, active threads = 0, queued tasks = 0, completed tasks = 9]
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
	at com.test.ThreadPoolTest.main(ThreadPoolTest.java:9)

可以发现只有9（最大+阻塞）个任务执行了，之后进来的任务会被拒绝。