浅析Java中的线程池

Java中的线程池

几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池，开发过程中合理使用线程池能够带来以下三个好处：

• 降低资源消耗
• 提高响应速度
• 提高线程的可管理性

1. 线程池的实现原理

当我们提交一个新任务到线程池时，线程池的处理流程如下：

其中，任何创建新线程的操作都需要获取全局锁。

ThreadPoolExecutor采取上述步骤的设计思路，是为了在执行execute()方法时，尽可能地避免获取全局锁。在ThreadPoolExecutor完成预热后，几乎所有的execute()方法都是执行步骤二，而步骤二不需要获取全局锁。

工作线程在完成当前的任务后，会自己到工作队列中循环获取任务来执行：

2. 线程池的使用

2.1 创建线程池

我们通过ThreadPoolExecutor来创建线程池。

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize // 核心线程池大小
                      ,maximumPoolSize // 线程池大小
                      ,keepAliveTime // 最长存活时间
                      ,milliseconds // 时间单位
                      ,runnableTaskQueue // 工作队列
                      ,handler) // 饱和策略

• corePoolSize 参数为线程池基本大小，即核心线程池的最大容量。当核心线程池未满时，只要收到新任务都会创建一个新的线程。当核心线程池满且无空闲工作线程时，会将任务存到任务队列中。

• **maximumPoolSize **参数为线程池最大数量，即线程池允许创建的最大线程数。如果任务队列满了，将会创建新线程来执行任务，直到线程数量达到该最大数量。值得注意的是如果使用了无界的任务队列，那么这个参数就没有效果。

• keepAliveTime 参数为空闲线程存活时间。

• **TimeUnit **参数为线程活动保持时间的单位。

• **workQueue **参数为任务队列，它是一个用于保存等待执行的任务的阻塞队列，可以选择以下几个。

  队列	底层	是否有界	其他
  ArrayBlockingQueue	数组·	有界	FIFO
  LinkedBlockingQueue	链表	无界	FIFO
  SynchronousQueue	不存储元素	有界	每个插入操作都必须等到另一个线程调用移除操作
  PriorityBlockingQueue	数组	无界	有优先级

• ThreadFactor参数为线程工厂。可以通过线程工厂为每个创建出来的线程设置更有意义的名字。

• RejectedExecutionHandler参数为饱和策略。当队列和线程池都满了，我们需要使用饱和策略来处理新任务。一般有以下四种策略。

  1. AbortPolicy：直接抛出异常。
  2. CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
  3. DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
  4. DiscardPolicy：不处理，丢掉。
  5. 当然，也可以通过RejectedExecutionHandler接口自定义策略，比如记录日志或者持久化存储不能处理的任务。

为什么要求用 ThreadPoolExecutor 创建线程池

否则有资源耗尽的风险，Executors返回的线程池对象弊端如下：

• FixedThreadPool和SingleThreadPool：允许的请求队列长度为Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量请求，导致 OOM。
• CachedThreadPool和ScheduledThreadPool：允许的创建线程数量为Integer.MAx_VALUE，可能会创建大量线程，导致 OOM。

2.2 向线程池提交任务

可以用execute()和submit()两个方法向线程池提交任务，前者提交不需要返回值的任务，后者提交需要返回值的任务。

2.3 关闭线程池

使用shutdown()或shutdownNow()方法来关闭线程池。原理是遍历线程池中的工作线程，逐个调用interrupt()方法。

shutdownNow()会将线程池状态设置为STOP，并尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。而shutdown()只是将线程池状态设置为SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。

通常调用shutdown()方法，如果任务不一定要执行完，就调用shutdownNow()。

3. 合理配置线程池

我们需要通过任务的特性，来分析合理的线程池配置方式：

• 任务的性质：CPU 密集型任务、IO 密集型任务和混合型任务
  • CPU 密集型任务配置尽可能少的线程，如配置 CPU 核数+ 1 个线程。
  • IO 密集型人物应配置尽可能多的线程，如配置 2 * cpu 核数个线程。
  • 混合型任务尽量拆分
• 任务优先级：高、中、低
  • 优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。
• 任务执行时间：长、中、短
  • 执行时间不同的任务交给不同规模的线程池处理。
• 任务依赖性：是否以来其他系统资源，如数据库资源
  • 依赖数据库连接池的任务，因为线程提交 SQL 后需要等待数据库返回结果，等待时间越长则 CPU 空闲时间越长，那么线程数应该设置得越大，才能更好地使用 CPU。