Java線程池相關知識點總結

時間  2019-12-16
標籤 java 線程 相關 知識 總結 欄目 Java 简体版
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Android中常見到的不少通用組件通常都離不開」池」的概念，如各類圖片加載庫，網絡請求庫，即便Android的消息傳遞機制中的Meaasge當使用Meaasge.obtain()就是使用的Meaasge池中的對象，所以這個概念很重要。本文將介紹的線程池技術一樣符合這一思想。java

  1. 線程池的優勢:
    重用線程池中的線程,減小因對象建立,銷燬所帶來的性能開銷;
    能有效的控制線程的最大併發數,提升系統資源利用率,同時避免過多的資源競爭,避免堵塞;
    可以多線程進行簡單的管理,使線程的使用簡單、高效。面試

  2. 線程池框架Executor
    java中的線程池是經過Executor框架實現的，Executor 框架包括類：Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor ，Callable和Future、FutureTask的使用等。微信

Executor: 全部線程池的接口,只有一個方法。網絡

public interface Executor {        
  void execute(Runnable command);      
}

ExecutorService: 增長Executor的行爲，是Executor實現類的最直接接口。
Executors： 提供了一系列工廠方法用於創先線程池，返回的線程池都實現了ExecutorService 接口。
ThreadPoolExecutor：線程池的具體實現類,通常用的各類線程池都是基於這個類實現的。
構造方法以下:多線程

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
                              
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

參數介紹：
corePoolSize：線程池的核心線程數,線程池中運行的線程數也永遠不會超過 corePoolSize 個,默認狀況下能夠一直存活。能夠經過設置allowCoreThreadTimeOut爲True,此時 核心線程數就是0,此時keepAliveTime控制全部線程的超時時間。
maximumPoolSize：線程池容許的最大線程數;
keepAliveTime： 指的是空閒線程結束的超時時間;
unit ：是一個枚舉，表示 keepAliveTime 的單位;
workQueue：表示存聽任務的BlockingQueue<Runnable隊列。
BlockingQueue:阻塞隊列（BlockingQueue）是java.util.concurrent下的主要用來控制線程同步的工具。若是BlockQueue是空的,從BlockingQueue取東西的操做將會被阻斷進入等待狀態,直到BlockingQueue進了東西纔會被喚醒。一樣,若是BlockingQueue是滿的,任何試圖往裏存東西的操做也會被阻斷進入等待狀態,直到BlockingQueue裏有空間纔會被喚醒繼續操做。
阻塞隊列經常使用於生產者和消費者的場景，生產者是往隊列裏添加元素的線程，消費者是從隊列裏拿元素的線程。阻塞隊列就是生產者存放元素的容器，而消費者也只從容器裏拿元素。具體的實現類有LinkedBlockingQueue,ArrayBlockingQueued等。通常其內部的都是經過Lock和Condition(顯示鎖（Lock）及Condition的學習與使用)來實現阻塞和喚醒。併發

3.線程池的工做過程
線程池剛建立時，裏面沒有一個線程。任務隊列是做爲參數傳進來的。不過，就算隊列裏面有任務，線程池也不會立刻執行它們。
當調用 execute() 方法添加一個任務時，線程池會作以下判斷：
若是正在運行的線程數量小於 corePoolSize，那麼立刻建立線程運行這個任務；
若是正在運行的線程數量大於或等於 corePoolSize，那麼將這個任務放入隊列；
若是這時候隊列滿了，並且正在運行的線程數量小於 maximumPoolSize，那麼仍是要建立非核心線程馬上運行這個任務；
若是隊列滿了，並且正在運行的線程數量大於或等於 maximumPoolSize，那麼線程池會拋出異常RejectExecutionException。
當一個線程完成任務時，它會從隊列中取下一個任務來執行。
當一個線程無事可作，超過必定的時間（keepAliveTime）時，線程池會判斷，若是當前運行的線程數大於 corePoolSize，那麼這個線程就被停掉。因此線程池的全部任務完成後，它最終會收縮到 corePoolSize 的大小。框架

4.線程池的建立和使用
生成線程池採用了工具類Executors的靜態方法，如下是幾種常見的線程池。
1）SingleThreadExecutor：單個後臺線程 (其緩衝隊列是無界的)工具

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

建立一個單線程的線程池。這個線程池只有一個核心線程在工做，也就是至關於單線程串行執行全部任務。若是這個惟一的線程由於異常結束，那麼會有一個新的線程來替代它。此線程池保證全部任務的執行順序按照任務的提交順序執行。性能

2）FixedThreadPool：只有核心線程的線程池,大小固定 (其緩衝隊列是無界的) 。學習

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

建立固定大小的線程池。每次提交一個任務就建立一個線程，直到線程達到線程池的最大大小。線程池的大小一旦達到最大值就會保持不變，若是某個線程由於執行異常而結束，那麼線程池會補充一個新線程。
3）CachedThreadPool：無界線程池，能夠進行自動線程回收。

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

若是線程池的大小超過了處理任務所須要的線程，那麼就會回收部分空閒（60秒不執行任務）的線程，當任務數增長時，此線程池又能夠智能的添加新線程來處理任務。此線程池不會對線程池大小作限制，線程池大小徹底依賴於操做系統（或者說JVM）可以建立的最大線程大小。SynchronousQueue是一個是緩衝區爲1的阻塞隊列。
4）ScheduledThreadPool：核心線程池固定，大小無限的線程池。此線程池支持定時以及週期性執行任務的需求。

public static ExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {         
    return new ScheduledThreadPool(corePoolSize, 
              Integer.MAX_VALUE,                                                  
              DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,                                                    
              new DelayedWorkQueue());    
}

5.線程池實現的原理
若是隻講線程池的使用，那這篇博客沒有什麼大的價值，充其量也就是熟悉Executor相關API的過程。線程池的實現過程沒有用到Synchronized關鍵字，用的都是volatile,Lock和同步(阻塞)隊列,Atomic相關類，FutureTask等等，由於後者的性能更優。理解的過程能夠很好的學習源碼中併發控制的思想。

在ThreadPoolExecutor主要Worker類來控制線程的複用。看下Worker類簡化後的代碼，這樣方便理解：

private final class Worker implements Runnable {
 
	final Thread thread;
    
	Runnable firstTask;
    
	Worker(Runnable firstTask) {
		this.firstTask = firstTask;
		this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
	}
    
	public void run() {
		runWorker(this);
	}
	
	final void runWorker(Worker w) {
		Runnable task = w.firstTask;
		w.firstTask = null;
		while (task != null || (task = getTask()) != null){
		task.run();
	}
}

Worker是一個Runnable，同時擁有一個thread，這個thread就是要開啓的線程，在新建Worker對象時同時新建一個Thread對象，同時將Worker本身做爲參數傳入TThread，這樣當Thread的start()方法調用時，運行的其實是Worker的run()方法，接着到runWorker()中,有個while循環，一直從getTask()裏獲得Runnable對象，順序執行。getTask()又是怎麼獲得Runnable對象的呢？

private Runnable getTask() {
    if(一些特殊狀況) {
        return null;
    }

    Runnable r = workQueue.take();

    return r;
}

這個workQueue就是初始化ThreadPoolExecutor時存聽任務的BlockingQueue隊列，這個隊列裏的存放的都是將要執行的Runnable任務。由於BlockingQueue是個阻塞隊列，BlockingQueue.take()獲得若是是空，則進入等待狀態直到BlockingQueue有新的對象被加入時喚醒阻塞的線程。因此通常狀況Thread的run()方法就不會結束,而是不斷執行從workQueue裏的Runnable任務，這就達到了線程複用的原理了。

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控制最大併發數：
那Runnable是何時放入workQueue？Worker又是何時建立，Worker裏的Thread的又是何時調用start()開啓新線程來執行Worker的run()方法的呢？有上面的分析看出Worker裏的runWorker()執行任務時是一個接一個，串行進行的，那併發是怎麼體現的呢？
很容易想到是在execute(Runnable runnable)時會作上面的一些任務。看下execute裏是怎麼作的。

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();

     int c = ctl.get();
    // 當前線程數 < corePoolSize
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        // 直接啓動新的線程。
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }

    // 活動線程數 >= corePoolSize
    // runState爲RUNNING && 隊列未滿
    // workQueue.offer(command)表示添加到隊列，若是添加成功返回true，不然返回false
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        // 再次檢驗是否爲RUNNING狀態
        // 非RUNNING狀態 則從workQueue中移除任務並拒絕
        if (!isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);// 採用線程池指定的策略拒絕任務
        // 兩種狀況：
        // 1.非RUNNING狀態拒絕新的任務
        // 2.隊列滿了啓動新的線程失敗（workCount > maximumPoolSize）
    } else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

根據代碼再來看上面提到的線程池工做過程當中的添加任務的狀況：
若是正在運行的線程數量小於 corePoolSize，那麼立刻建立線程運行這個任務；
若是正在運行的線程數量大於或等於 corePoolSize，那麼將這個任務放入隊列；
若是這時候隊列滿了，並且正在運行的線程數量小於 maximumPoolSize，那麼仍是要建立非核心線程馬上運行這個任務；
若是隊列滿了，並且正在運行的線程數量大於或等於 maximumPoolSize，那麼線程池會拋出異常RejectExecutionException。

做者：DocMike連接：http://www.imooc.com/article/19226來源：慕課網

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