• 什么是线程池
  • 为什么要使用线程池
  • 线程池的处理逻辑
  • 如何使用线程池
  • 如何合理配置线程池的大小
  • 结语

什么是线程池

线程池,顾名思义就是装线程的池子。其用途是为了帮我们重复管理线程,避免创建大量的线程增加开销,提高响应速度。

为什么要用线程池

作为一个严谨的攻城狮,不会希望别人看到我们的代码就开始吐槽,new Thread().start()会让代码看起来混乱臃肿,并且不好管理和维护,那么我们就需要用到了线程池。

在编程中经常会使用线程来异步处理任务,但是每个线程的创建和销毁都需要一定的开销。如果每次执行一个任务都需要开一个新线程去执行,则这些线程的创建和销毁将消耗大量的资源;并且线程都是“各自为政”的,很难对其进行控制,更何况有一堆的线程在执行。线程池为我们做的,就是线程创建之后为我们保留,当我们需要的时候直接拿来用,省去了重复创建销毁的过程。

线程池的处理逻辑

线程池ThreadPoolExecutor构造函数

//五个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)

//六个参数的构造函数-1
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)

//六个参数的构造函数-2
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler)

//七个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) 

虽然参数多,只是看着吓人,其实很好理解,下面会一一解答。

我们拿最多参数的来说:

1.corePoolSize -> 该线程池中核心线程数最大值

核心线程:在创建完线程池之后,核心线程先不创建,在接到任务之后创建核心线程。并且会一直存在于线程池中(即使这个线程啥都不干),有任务要执行时,如果核心线程没有被占用,会优先用核心线程执行任务。数量一般情况下设置为CPU核数的二倍即可。

2.maximumPoolSize -> 该线程池中线程总数最大值

线程总数=核心线程数+非核心线程数

非核心线程:简单理解,即核心线程都被占用,但还有任务要做,就创建非核心线程

3.keepAliveTime -> 非核心线程闲置超时时长

这个参数可以理解为,任务少,但池中线程多,非核心线程不能白养着,超过这个时间不工作的就会被干掉,但是核心线程会保留。

4.TimeUnit -> keepAliveTime的单位

TimeUnit是一个枚举类型,其包括:
NANOSECONDS : 1微毫秒 = 1微秒 / 1000
MICROSECONDS : 1微秒 = 1毫秒 / 1000
MILLISECONDS : 1毫秒 = 1秒 /1000
SECONDS : 秒
MINUTES : 分
HOURS : 小时
DAYS : 天

5.BlockingQueue workQueue -> 线程池中的任务队列

默认情况下,任务进来之后先分配给核心线程执行,核心线程如果都被占用,并不会立刻开启非核心线程执行任务,而是将任务插入任务队列等待执行,核心线程会从任务队列取任务来执行,任务队列可以设置最大值,一旦插入的任务足够多,达到最大值,才会创建非核心线程执行任务。

常见的workQueue有四种:

1.SynchronousQueue:这个队列接收到任务的时候,会直接提交给线程处理,而不保留它,如果所有线程都在工作怎么办?那就新建一个线程来处理这个任务!所以为了保证不出现<线程数达到了maximumPoolSize而不能新建线程>的错误,使用这个类型队列的时候,maximumPoolSize一般指定成Integer.MAX_VALUE,即无限大

2.LinkedBlockingQueue:这个队列接收到任务的时候,如果当前已经创建的核心线程数小于线程池的核心线程数上限,则新建线程(核心线程)处理任务;如果当前已经创建的核心线程数等于核心线程数上限,则进入队列等待。由于这个队列没有最大值限制,即所有超过核心线程数的任务都将被添加到队列中,这也就导致了maximumPoolSize的设定失效,因为总线程数永远不会超过corePoolSize

3.ArrayBlockingQueue:可以限定队列的长度,接收到任务的时候,如果没有达到corePoolSize的值,则新建线程(核心线程)执行任务,如果达到了,则入队等候,如果队列已满,则新建线程(非核心线程)执行任务,又如果总线程数到了maximumPoolSize,并且队列也满了,则发生错误,或是执行实现定义好的饱和策略

4.DelayQueue:队列内元素必须实现Delayed接口,这就意味着你传进去的任务必须先实现Delayed接口。这个队列接收到任务时,首先先入队,只有达到了指定的延时时间,才会执行任务

6.ThreadFactory threadFactory -> 创建线程的工厂

可以用线程工厂给每个创建出来的线程设置名字。一般情况下无须设置该参数。

7.RejectedExecutionHandler handler -> 饱和策略

这是当任务队列和线程池都满了时所采取的应对策略,默认是AbordPolicy, 表示无法处理新任务,并抛出 RejectedExecutionException 异常。此外还有3种策略,它们分别如下。
(1)CallerRunsPolicy:用调用者所在的线程来处理任务。此策略提供简单的反馈控制机制,能够减缓新任务的提交速度。
(2)DiscardPolicy:不能执行的任务,并将该任务删除。
(3)DiscardOldestPolicy:丢弃队列最近的任务,并执行当前的任务。

别晕,接下来上图,相信结合图你能大彻大悟~

如何使用线程池

说了半天原理,接下来就要用了,java为我们提供了4种线程池FixedThreadPoolCachedThreadPoolSingleThreadExecutorScheduledThreadPool,几乎可以满足我们大部分的需要了:

1.FixedThreadPool

可重用固定线程数的线程池,超出的线程会在队列中等待,在Executors类中我们可以找到创建方式:

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

FixedThreadPoolcorePoolSizemaximumPoolSize都设置为参数nThreads,也就是只有固定数量的核心线程,不存在非核心线程。keepAliveTime为0L表示多余的线程立刻终止,因为不会产生多余的线程,所以这个参数是无效的。FixedThreadPool的任务队列采用的是LinkedBlockingQueue。

创建线程池的方法,在我们的程序中只需要,后面其他种类的同理:

public static void main(String[] args) {
        // 参数是要线程池的线程最大值
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
}

2.CachedThreadPool

CachedThreadPool是一个根据需要创建线程的线程池

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

CachedThreadPoolcorePoolSize是0,maximumPoolSize是Int的最大值,也就是说CachedThreadPool没有核心线程,全部都是非核心线程,并且没有上限。keepAliveTime是60秒,就是说空闲线程等待新任务60秒,超时则销毁。此处用到的队列是阻塞队列SynchronousQueue,这个队列没有缓冲区,所以其中最多只能存在一个元素,有新的任务则阻塞等待。

3.SingleThreadExecutor

SingleThreadExecutor是使用单个线程工作的线程池。其创建源码如下:

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

我们可以看到总线程数和核心线程数都是1,所以就只有一个核心线程。该线程池才用链表阻塞队列LinkedBlockingQueue,先进先出原则,所以保证了任务的按顺序逐一进行。

4.ScheduledThreadPool

ScheduledThreadPool是一个能实现定时和周期性任务的线程池,它的创建源码如下:

    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }

这里创建了ScheduledThreadPoolExecutor,继承自ThreadPoolExecutor,主要用于定时延时或者定期处理任务。ScheduledThreadPoolExecutor的构造如下:

    public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
              DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }

可以看出corePoolSize是传进来的固定值,maximumPoolSize无限大,因为采用的队列DelayedWorkQueue是无解的,所以maximumPoolSize参数无效。该线程池执行如下:

当执行scheduleAtFixedRate或者scheduleWithFixedDelay方法时,会向DelayedWorkQueue添加一个实现RunnableScheduledFuture接口的ScheduledFutureTask(任务的包装类),并会检查运行的线程是否达到corePoolSize。如果没有则新建线程并启动ScheduledFutureTask,然后去执行任务。如果运行的线程达到了corePoolSize时,则将任务添加到DelayedWorkQueue中。DelayedWorkQueue会将任务进行排序,先要执行的任务会放在队列的前面。在跟此前介绍的线程池不同的是,当执行完任务后,会将ScheduledFutureTask中的time变量改为下次要执行的时间并放回到DelayedWorkQueue中。

如何合理配置线程池的大小

一般需要根据任务的类型来配置线程池大小:
如果是CPU密集型任务,就需要尽量压榨CPU,参考值可以设为 NCPU+1
如果是IO密集型任务,参考值可以设置为2*NCPU
当然,这只是一个参考值,具体的设置还需要根据实际情况进行调整,比如可以先将线程池大小设置为参考值,再观察任务运行情况和系统负载、资源利用率来进行适当调整。

结语

java为我们提供的线程池就介绍到这了,墙裂建议大家还是动手去敲一敲,毕竟实践过心里才有底。