Java併發篇—線程池入門掃盲指南

Java線程池入門掃盲

線程池的實現原理

線程池執行任務的主要流程

主要處理流程：

（1）判斷核心線程池是否已滿，若是還沒滿則建立線程執行任務，不然進入下一步

（2）判斷工做隊列是否已滿，若是沒滿則將該任務放入工做隊列等待線程來執行，不然進入下一步

（3）判斷線程池中的線程是否都處於工做狀態，若是不是則新建立一個線程來執行任務，沒有處於工做狀態的線程被淘汰，不然按照飽和策略處理該任務。

ThreadPoolExecutor實現原理

執行流程

1：當一個任務提交時，若是CorePool中的核心線程少於CorePoolSize，則建立一個新線程執行任務（須要全局鎖）

2：若是CorePool中沒有空閒的線程，那麼加入BlockingQueue等待覈心線程拉取任務執行

3：若是BlockingQueue已滿，建立新線程後若是大於maximumPoolSize就跳轉到4拒絕執行任務，若是小於就建立新線程執行任務（須要全局鎖）

4：四種不一樣的拒絕策略，經過rejectedExecution()方法執行。

須要獲取全局鎖致使線程池的性能大大降低，應該儘可能避免產生步驟1和步驟3

execute() 源碼分析

public void execute(Runnable command) {
    // 若是任務爲空則拋出異常
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();
    // 1.工做線程數小於核心線程池大小則添加工做線程
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        // 更新線程池工做狀態
        c = ctl.get();
    }
    // 2.判斷線程池是否處於工做狀態,若是是則嘗試把任務放入阻塞隊列中
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        // 3.再次檢查是否應該回滾任務添加線程,防止任務放入阻塞隊列後線程池down或者工做線程死亡
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            //double check時線程池down了,該任務沒法執行
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    // 4.沒法加入阻塞隊列或者線程池已down,拒絕任務執行
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}
複製代碼

工做線程Worker執行流程

1： execute()方法建立一個Worker線程執行當前任務

2：若是Worker線程數目等於CorePoolSize，則加入到阻塞隊列中，等待Worker取出來執行任務

3：若是BlockingQueue已滿，若是Worker線程數小於maximumPoolSize則建立新線程執行任務

4：反覆執行（1）（2）（3）

線程池的使用

重點是設置參數，參數設得好，線上沒煩惱

圍繞下面幾個問題思考如何設置線程池

線程池的大小？例如在2G內存裏配置一個線程池，如何設置線程池大小

執行的任務屬於哪種類型？例如IO密集、CPU密集······

任務是否具備優先級？例如任務的緊急程度、執行時間長短

任務是否具備依賴性？例如依賴數據庫鏈接

建立線程池

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

1. corePoolSize（線程池基本大小）

每次提交任務時，若是當前線程數小於corePoolSize就會建立一個新線程，即便線程池中有空閒線程，直到線程數等於corePoolSize。

能夠提早建立好全部線程並啓動，調用prestartAllCoreThreads()。

2. runnableTaskQueue（任務阻塞隊列）

保存等待執行的任務隊列，可使用任意阻塞隊列，例如ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, PriorityBlockingQueue, SynchronousQueue

3. maximumPoolSize（線程池最大數量）

線程池容許的最大線程數，阻塞隊列中的任務已滿（隊列必須有界）時，下一個任務沒法進入阻塞隊列，若是線程池中的線程數小於最大線程數，則嘗試在線程池中繼續建立線程執行任務

4. ThreadFactory（建立線程的工廠）

給每一個線程設置更有意義的名字的一個工廠，例如ThreadFactoryBuilder工廠

5. RejectedExecutionHandler（飽和策略）

任務拒絕執行時採用的拒絕策略，有四種：

1. AbortPolicy：拋出異常
2. CallerRunsPolicy：使用調用者線程執行任務
3. DiscardOldestPolicy：丟棄隊列中最近的一個任務，並執行當前任務
4. DiscardPolicy：直接丟棄

6. keepAliveTime（線程活動生命時長）

線程池的工做線程空閒後能夠保持存活的時長。若是任務不少且每一個任務的執行時間很短，能夠調大存活時長提升線程利用率。

7. TimeUnit（生命時長的計算單位）

DAYS/HOURS/MINUTES/MILLISECONDS(毫秒)/MICROSECONDS(微妙)/NANOSECONDS(納秒)

提交任務

兩個核心方法：有返回值的submit()和無返回的execute()

submit()方法

線程池會返回一個Future對象，對象中存儲着任務是否執行成功、返回結果等信息，調用get()方法能夠獲取返回值，在任務未完成前會一直阻塞，能夠設置超時時長get(long, TimeUnit)防止一直阻塞。

Future<Object> future = executor.submit(hasReturnValueTask);
try {
	future.get();    
} catch(Exception e) {
    
} finally {
    // 關閉線程池
    executor.shutdown();
}

複製代碼

關閉線程池

兩個核心方法：shutdown()和shutdownNow()

區別：

shutdownNow()會將線程池狀態設置爲STOP，而後嘗試終止全部正在執行任務的線程，並返回等待任務的任務列表

shutdown()會將線程池狀態設置爲SHUTDOWN，而後中斷全部沒有正在執行任務的線程。

如何選擇：

若是任務不必定執行完，可使用shutdownNow()，不然使用shutdown()

調用關閉方法後，調用isShutdown()方法就會返回True，可是確認線程池的關閉還須要調用isTerminated方法，這個方法表示全部的任務都已經關閉了。

if(isShutdown() && isTerminated()) {
	System.out.print("線程池已關閉!");
}
複製代碼

合理地配置線程池

分析任務特性：

任務的性質：CPU密集、IO密集、混合型（配置線程數）

任務的優先級：高、中和低（配置阻塞隊列）

任務的執行時間：長、中和短（配置線程空閒存活時長）

任務的依賴性：是否依賴其餘系統資源，如數據庫鏈接（配置線程數目）

重點說明任務的依賴性如何肯定線程數目，若是線程須要依賴數據庫鏈接，提交SQL後須要等待數據庫返回結果，這個過程CPU是空閒的，CPU空閒時間越長，那麼線程數應該設置得越大，能夠更好地利用CPU。

最好配置阻塞隊列會有界阻塞隊列，能夠監控線程池的工做狀態，若是大量的任務放入阻塞隊列則會不斷報出任務拒絕信息。

線程池的監控

takeCount：線程池須要執行的任務數量

completedTaskCount：線程池在運行過程當中已完成的任務數量

largestPoolSize：線程池曾經建立過的最大線程數量

getPoolSize：線程池的線程數量

getActiveCount：獲取活動的線程數目

能夠經過擴展線程池進行監控，重寫beforExecute()、afterExecute()和terminated()方法。

總結

到這裏爲止，應該要掌握下面的知識，若是你能很流暢地回答，那麼恭喜你，線程池的基本原理算是過關了

1. 談談線程池的核心原理？
2. 談談工做線程的執行流程？
3. 建立線程池有哪些參數要設置，如何設置參數，考慮因素有哪些？
4. 談談提交併執行任務的兩個方法及它們的區別？
5. 談談關閉線程池的兩個方法及它們的區別？

總結不易，若是閱讀完這篇文章對你有小小的收穫，你的一個小小的點贊能讓我高興一成天！

巨人的肩膀：

《Java併發編程的藝術》