線程池原理和實現

時間 2020-08-02

標籤線程原理實現简体版

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$1. 概述

線程池產生背景：高併發項目中常常須要同時啓用大量線程，所以須要建立大量線程，而頻繁的建立新線程和殺死舊線程將會大大拖慢CPU的性能，所以利用線程池一次性初始化若干線程，使用時從池中彈出線程，執行完線程池再予以回收java

線程池的工做流程：主要是控制運行的線程數量，處理過程當中將任務放入隊列，而後在線程建立後啓動這些任務，若是線程數量超過了最大數量，超出數量的線程排隊等候，等其餘線程執行完畢，再從隊列中取出任務執行編程

線程池的主要特色：實現線程複用、控制最大併發數；可以系統地管理線程併發

線程池的優點：ide

下降資源消耗，經過重複利用已建立的線程下降線程頻繁建立和銷燬的損耗
提升響應速度，當任務到達時，任務能夠不須要等待線程建立就能當即執行
提升線程的可管理性，線程池能夠對線程進行統一的分配調度、調優以及監控

$2. 線程池的實現方式

2.1 經過Executors工具類

Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)：固定線程數量線程池

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

Executors.newSingleThreadExecutor()：單線程線程池

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

Executors.newCachedThreadExecutor()：可擴容線程池，理論上支持Integer.MAX_VALUE條線程

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

實質上，這三種線程池雖然各有特色，但底層實現的都是ThreadPoolExecutor類，也即最正統的線程池，線程池本池☺高併發

實際使用

// 使用案例
import java.util.concurrent.Executors;

public class NewFixedThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        // ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        // ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadExecutor();
        
        
        for(int i=0; i<10; i++){
            threadPool.execute(()-> System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 辦理業務"));
        }
        
        threadPool.shutdown(); // 關閉資源！！
    }
}

2.2 經過ThreadPoolExecutor[線程池本池！用它！用它! 用它！]

WHY？(誰說的不能用Executors？)

馬雲曰：我說的！(阿里編程規範明確表示不建議內部使用Executors工具類實現線程池)
fixThreadPool和SingleThreadPool設置的任務請求隊列爲Integer.MAX_VALUE，可能會堆積大量的請求，從而致使OOM
CachedThreadPool和ScheduledThreadPool容許建立的線程數量爲Integer.MAX_VALUE, 可能會建立大量線程，從而致使OOM

// 代碼實現
import java.util.concurrent.*;
public class ThreadPoolExecutorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(2,
                5,
                2L,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingDeque<>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());

        for(int i=1; i<=10; i++){
            final int temp = i;
            threadPool.execute(()-> System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t辦理業務" + temp));
        }
        threadPool.shutdown();
    }
}

參數解析

corePoolSize：線程池中的常駐核心線程數
maximumPoolSize：線程池中可以容納同時執行的最大線程數，該值必須大於等於1
keepAliveTime：多餘的空閒線程的存貨時間，當前池中線程數量大於corePoolSize時，當空閒線程的空閒時間達到keepAliveTime，多餘的線程會被銷燬直到剩下corePoolSize個
unit：keepAliveTime的單位
workQueue：任務隊列，被提交但還沒有被執行的任務 -- 想象銀行的等候區
threadFactory：表示生成線程池中工做線程的線程工廠，用於建立線程，通常使用默認便可
handler：拒絕策略，表示當線程池和隊列都滿了，線程池採起何種策略來拒絕請求執行的Runnable任務

$3. 線程池工做原理

talk is cheap, show me the diagram工具

線程池通常時間都只會開啓核心線程數量的線程，而當任務隊列滿了以後，線程池會啓用非核心線程池區(這裏描述只是邏輯分區，實際上線程之間都是同等地位)，建立線程並執行任務；而當任務隊列中任務變少，有些線程開始閒置，閒置時間達到設置的keepAliveTime後，線程池會註銷回收這些閒置線程，直到線程數量恢復核心線程數性能

一個線程池可以併發處理的最大任務數 = maximumPoolSize + workQueue設置的長度

$4. 拒絕策略(渣男[女]必備)

共有四種拒絕策略，以2.2中的代碼爲準，即設置核心線程數爲二、最大線程數爲五、任務隊列容量爲三、任務數爲10；見四種策略分別的運行結果以下spa

AbortPolicy：當沒法執行任務時，直接拋出RejectedExecutionException中斷程序

CallerRunsPolicy：調用者運行機制，該策略不會拋棄任務，也不會拋出異常，而是將沒法執行的任務返還給調用者執行，這裏由於是main線程調用的，所以返還給main線程執行任務。以下圖，任務9被返還給main線程執行了，這過程的時間內線程池可能已經執行完任務1了，任務隊列從而空了一個位置，任務10便直接進入任務隊列沒有返還給main線程。在保證任務徹底性的狀況下，該策略是惟一策略