線程池是很常用的并發(fā)框架，幾乎所有需要異步和并發(fā)處理任務(wù)的程序都可用到線程池。
使用線程池的好處如下：
- 降低資源消耗：可重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程池，降低創(chuàng)建和銷毀帶來的消耗；
- 提高響應(yīng)速度：任務(wù)到達(dá)時，可立即執(zhí)行，無需等待線程創(chuàng)建；
- 提高線程的可管理性：線程池可對線程統(tǒng)一分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。
原理
線程池的原理非常簡單，這里用處理流程來概括：
- 線程池判斷核心池里的線程是否都在執(zhí)行任務(wù)，如果不是，創(chuàng)建一個新的線程來執(zhí)行任務(wù)；
- 如果核心線程池已滿，則將新任務(wù)存在工作隊列中；
- 如果工作隊列滿了，線程數(shù)量沒有達(dá)到線程池上限的前提下，新建一個線程來執(zhí)行任務(wù)；
- 線程數(shù)量達(dá)到上限，則觸發(fā)飽和策略來處理這個任務(wù)；
使用工作隊列，是為了盡可能降低線程創(chuàng)建的開銷。工作隊列用阻塞隊列來實現(xiàn)。
阻塞隊列
阻塞隊列（BlockingQueue）是指支持阻塞的插入和移除元素的隊列。
- 阻塞的插入：當(dāng)隊列滿時，阻塞插入元素的線程，直到隊列不滿；
- 阻塞的移除：當(dāng)隊列為空，阻塞移除元素的線程，直到隊列不為空；
原理：使用通知者模式實現(xiàn)。當(dāng)生產(chǎn)者往滿的隊列中添加元素時，會阻塞生產(chǎn)者。消費(fèi)者移除元素時，會通知生產(chǎn)者當(dāng)前隊列可用。
阻塞隊列有以下三種類型，分別是：
- 有界阻塞隊列：ArrayBlockingQueue（數(shù)組），LinkedBlockingQueue（鏈表）
- 無界阻塞隊列：LinkedTransferQueue（鏈表），PriorityBlockingQueue（支持優(yōu)先級排序），DelayQueue（支持延時獲取元素的無界阻塞隊列）
- 同步移交隊列：SynchronousQueue
有界阻塞隊列
主要包括ArrayBlockingQueue（數(shù)組），LinkedBlockingQueue（鏈表）兩種。有界隊列大小與線程數(shù)量大小相互配合，隊列容量大線程數(shù)量小時，可減少上下文切換降低cpu使用率，但是會降低吞吐量。
無界阻塞隊列
比較常用的是LinkedTransferQueue。FixedThreadPool就是用這個實現(xiàn)的。無界阻塞隊列要慎重使用，因為在某些情況，可能會導(dǎo)致大量的任務(wù)堆積到隊列中，導(dǎo)致內(nèi)存飆升。
同步移交隊列
SynchronousQueue。不存儲元素的阻塞隊列，每一個put操作必須等待一個take操作，否則不能繼續(xù)添加元素。用于實現(xiàn)CachedThreadPool線程池。
各個線程池所使用的任務(wù)隊列映射關(guān)系如下：
線程池阻塞隊列
FixedThreadPoolLinkedBlockingQueueSingleThreadExecutorLinkedBlockingQueueCachedThreadExecutorSynchronousQueueScheduledThreadPoolExecutorLinkedBlockingQueue
實現(xiàn)類分析
ThreadPoolExecutor是Java線程池的實現(xiàn)類，是Executor接口派生出來的最核心的類。依賴關(guān)系圖如下：
這里不得不提到Executor框架，該框架包含三大部分，如下：
- 任務(wù)。被執(zhí)行任務(wù)需要實現(xiàn)的接口：Runnable和Callable;
- 任務(wù)執(zhí)行。即上述核心接口Executor以及繼承而來的ExecutorService。ExecutorService派生出如下兩個類：ThreadPoolExecutor：線程池核心實現(xiàn)類；ScheduledThreadPoolExecutor：用來做定時任務(wù)；
- 異步計算的結(jié)果。接口Future和實現(xiàn)Future接口的FutureTask類。線程池創(chuàng)建
|
1
|
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, milliseconds, runnableTaskQueue, handler) |
構(gòu)造方法如下：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
|
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { if (corePoolSize < 0 || maximumPoolSize <= 0 || maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < 0) throw new IllegalArgumentException(); if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null) throw new NullPointerException(); this.corePoolSize = corePoolSize; this.maximumPoolSize = maximumPoolSize; this.workQueue = workQueue; this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime); this.threadFactory = threadFactory; this.handler = handler;} |
參數(shù)說明：
- corePoolSize：核心池的線程數(shù)量；
- workQueue：用于保存任務(wù)的工作隊列；
- maximumPoolSize：最大線程池的大小；
- keepAliveTime：當(dāng)線程數(shù)量大于核心池線程數(shù)量時，keepAliveTime為多余的空閑線程等待新任務(wù)的最長時間，超過這個時間，多余的線程會被終止；
- TimeUnit：keepAliveTime的單位；
- ThreadFactory：線程工廠，可以給線程設(shè)置名字；
- handler：飽和策略。當(dāng)隊列和線程池都滿了，會觸發(fā)飽和策略，來處理新提交的任務(wù)。飽和策略以下幾種：AbortPolicy：直接拋出異常；CallerRunsPolicy：只用調(diào)用者所在線程來運(yùn)行任務(wù)；DiscardOldestPolicy：丟棄最近一個任務(wù)并執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)；DiscardPolicy：不處理，丟棄掉。
使用Executors創(chuàng)建線程池
使用工具類Executors可創(chuàng)建三種類型的線程池：FixedThreadPool、SingleThreadExecutor、CachedThreadPool。本質(zhì)上也是調(diào)用上述構(gòu)造方法。理解了前文的參數(shù)解釋，下面三種線程池也就容易理解了。
FixedThreadPool
可重用固定線程數(shù)的線程池。
|
1
2
3
4
5
|
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());} |
工作流程如下：
- 如果當(dāng)前運(yùn)行的線程數(shù)少于corePoolSize，則創(chuàng)建新線程來執(zhí)行任務(wù)；
- 線程數(shù)等于corePoolSize之后，新任務(wù)加入LinkedBlockingQueue（無界阻塞隊列）。因為最大線程數(shù)maximumPoolSize參數(shù)值等于corePoolSize，不會產(chǎn)生多余線程；
- 線程執(zhí)行完任務(wù)之后會反復(fù)從LinkedBlockingQueue中獲取任務(wù)來執(zhí)行。
SingleThreadExecutor
單個worker線程的線程池
|
1
2
3
4
5
6
|
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));} |
SingleThreadExecutor與FixedThreadPool的區(qū)別在于，maximumPoolSize和corePoolSize都設(shè)置成了1，其它參數(shù)都一樣。
- CachedThreadPool
|
1
2
3
4
5
|
public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());} |
CachedThreadPool將corePoolSize設(shè)置為0，maximumPoolSize設(shè)置為無限大，同時使用了一個沒有容量的工作隊列SynchronousQueue。這個線程池沒有固定的核心線程，而是根據(jù)需要創(chuàng)建新線程。
工作流程：
- 有新任務(wù)時，主線程執(zhí)行SynchronousQueue.offer操作，空閑線程執(zhí)行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS)操作，配對成功則將任務(wù)交給空閑線程執(zhí)行；
- 當(dāng)沒有空閑線程時，上面的配對操作失敗，此時會創(chuàng)建一個新線程來執(zhí)行任務(wù)；
- 任務(wù)執(zhí)行完畢后，空閑線程會等待60秒。60秒內(nèi)如果有新任務(wù)，就立即執(zhí)行，否則時間一過線程就終止。
線程池關(guān)閉
調(diào)用shutdown或者shutdownNow方法可關(guān)閉線程池。原理是遍歷線程池中所有工作線程，調(diào)用interrupt方法來中斷線程。
- shutdown：將線程置為SHUTDOWN狀態(tài)，不能接受新的任務(wù)，等待所有任務(wù)執(zhí)行完畢；
- shutdownNow：將線程置為STOP狀態(tài)，不能接受新的任務(wù)，嘗試去終止正在執(zhí)行的惡任務(wù)；
這里涉及到ThreadPoolExecutor中定義的線程的五種狀態(tài)
|
1
2
3
4
5
6
|
// runState is stored in the high-order bitsprivate static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS; |
- RUNNING：接受新任務(wù)，處理任務(wù)；
- SHUTDOWN：不接受新任務(wù)，但會把隊列中任務(wù)處理完；
- STOP：不接受新任務(wù)，不處理隊列中的任務(wù)，并且終止正在處理的任務(wù)；
- TIDYING：正在執(zhí)行的任務(wù)和隊列都為空，進(jìn)入該狀態(tài)，將要執(zhí)行terminated()；
- TERMINATED：所有terminated()方法執(zhí)行完畢，線程池徹底終止。
當(dāng)隊列和正在執(zhí)行的任務(wù)都為空時，由SHUTDOWN轉(zhuǎn)化為TIDYING；當(dāng)正在執(zhí)行的任務(wù)為空，由STOP轉(zhuǎn)化為TIDYING。
本博客從線程池的原理介紹作為切入點，分析了線程池中尤為關(guān)鍵的組件：阻塞隊列。同時分析了線程池的核心實現(xiàn)類ThreadPoolExecutor。以線程池的創(chuàng)建和關(guān)閉的思路，梳理了相關(guān)知識點，包括三種常用線程池介紹以及線程池五種狀態(tài)。
到此這篇關(guān)于Java 線程池全面總結(jié)與詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java 線程池內(nèi)容請搜索服務(wù)器之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持服務(wù)器之家！
原文鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_60707895/article/details/121014487
