线程池
什么是线程池
Java中的线程池是运用场景最多的并发框架,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。在开发过程中,合理地使用线程池能够带来许多好处。
- 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
- 提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
- 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制地创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。但是,要做到合理利用
线程池作用
线程池是为突然大量爆发的线程设计的,通过有限的几个固定线程为大量的操作服务,减少了创建和销毁线程所需的时间,从而提高效率。
如果一个线程所需要执行的时间非常长的话,就没必要用线程池了(不是不能作长时间操作,而是不宜。本来降低线程创建和销毁,结果你那么久我还不好控制还不如直接创建线程),况且我们还不能控制线程池中线程的开始、挂起、和中止。
如何实现构建线程池
什么是ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor就是线程池
ThreadPoolExecutor其实也是JAVA的一个类,通过Executor工厂类的方法,通过传入不同的参数,就可以构造出适用于不同应用场景下的ThreadPoolExecutor(线程池)
构造参数图:
构造参数参数介绍:
corePoolSize 核心线程数量
maximumPoolSize 最大线程数量
keepAliveTime 线程保持时间,N个时间单位
unit 时间单位(比如秒,分)
workQueue 阻塞队列
threadFactory 线程工厂
handler 线程池拒绝策略
什么是Executor
Executor框架实现的就是线程池的功能。
Executors工厂类中提供的newCachedThreadPool、newFixedThreadPool 、newScheduledThreadPool 、newSingleThreadExecutor 等方法其实也只是ThreadPoolExecutor的构造函数参数不同而已。通过传入不同的参数,就可以构造出适用于不同应用场景下的线程池,
Executor工厂类如何创建线程池图:
线程池四种创建方式
Java通过Executors(jdk1.5并发包)提供四种线程池,分别为:
- newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。
- newFixedThreadPool 创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。
- newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。
- newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
代码演示构建线程池的四种方式
newCachedThreadPool
特点:newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池,如果当前线程池的长度超过了处理的需要时,它可以灵活的回收空闲的线程,当需要增加时, 它可以灵活的添加新的线程,而不会对池的长度作任何限制
缺点:他虽然可以无线的新建线程,但是容易造成堆外内存溢出,因为它的最大值是在初始化的时候设置为 Integer.MAX_VALUE,一般来说机器都没那么大内存给它不断使用。当然知道可能出问题的点,就可以去重写一个方法限制一下这个最大值
总结:线程池为无限大,当执行第二个任务时第一个任务已经完成,会复用执行第一个任务的线程,而不用每次新建线程。
代码示例:
package com.lijie;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class TestNewCachedThreadPool {
public static void main(String[] args) {
// 创建无限大小线程池,由jvm自动回收
ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int temp = i;
newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i==" + temp);
}
});
}
}
}
newFixedThreadPool
特点:创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。
缺点:线程数量是固定的,但是阻塞队列是无界队列。如果有很多请求积压,阻塞队列越来越长,容易导致OOM(超出内存空间)
总结:请求的挤压一定要和分配的线程池大小匹配,定线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()
Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法是查看电脑CPU核心数量)
代码示例:
package com.lijie;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class TestNewFixedThreadPool {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int temp = i;
newFixedThreadPool.execute(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i==" + temp);
}
});
}
}
}
newScheduledThreadPool
特点:创建一个固定长度的线程池,而且支持定时的以及周期性的任务执行,类似于Timer(Timer是Java的一个定时器类)
缺点:由于所有任务都是由同一个线程来调度,因此所有任务都是串行执行的,同一时间只能有一个任务在执行,前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务(比如:一个任务出错,以后的任务都无法继续)。
代码示例:
package com.lijie;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class TestNewScheduledThreadPool {
public static void main(String[] args) {
//定义线程池大小为3
ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int temp = i;
newScheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("i:" + temp);
}
}, 3, TimeUnit.SECONDS);//这里表示延迟3秒执行。
}
}
}
newSingleThreadExecutor
特点:创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,如果这个唯一的线程因为异常结束,那么会有一个新的线程来替代它,他必须保证前一项任务执行完毕才能执行后一项。保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
缺点:缺点的话,很明显,他是单线程的,高并发业务下有点无力
总结:保证所有任务按照指定顺序执行的,如果这个唯一的线程因为异常结束,那么会有一个新的线程来替代它
代码示例:
package com.lijie;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class TestNewSingleThreadExecutor {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
newSingleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " index:" + index);
try {
Thread.sleep(200);
} catch (Exception e) {
}
}
});
}
}
}
自定义线程线程池
先看ThreadPoolExecutor(线程池)这个类的构造参数
构造参数参数介绍:
corePoolSize 核心线程数量
maximumPoolSize 最大线程数量
keepAliveTime 线程保持时间,N个时间单位
unit 时间单位(比如秒,分)
workQueue 阻塞队列
threadFactory 线程工厂
handler 线程池拒绝策略
代码示例:
package com.lijie;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Test001 {
public static void main(String[] args) {
//创建线程池
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(3));
for (int i = 1; i <= 6; i++) {
TaskThred t1 = new TaskThred("任务" + i);
//executor.execute(t1);是执行线程方法
executor.execute(t1);
}
//executor.shutdown()不再接受新的任务,并且等待之前提交的任务都执行完再关闭,阻塞队列中的任务不会再执行。
executor.shutdown();
}
}
class TaskThred implements Runnable {
private String taskName;
public TaskThred(String taskName) {
this.taskName = taskName;
}
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + taskName);
}
}
线程池原理剖析
提交一个任务到线程池中,线程池的处理流程如下:
- 判断线程池里的核心线程是否都在执行任务,如果不是(核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建)则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务,则进入下个流程。
- 线程池判断工作队列是否已满,如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程。
- 判断线程池里的线程是否都处于工作状态,如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务。
如何合理分配线程池大小
什么是CPU密集
CPU密集的意思是该任务需要大量的运算,而没有阻塞,CPU一直全速运行。
CPU密集任务只有在真正的多核CPU上才可能得到加速(通过多线程),而在单核CPU上,无论你开几个模拟的多线程,该任务都不可能得到加速,因为CPU总的运算能力就那样。
什么是IO密集
IO密集型,即该任务需要大量的IO,即大量的阻塞。在单线程上运行IO密集型的任务会导致浪费大量的CPU运算能力浪费在等待。所以在IO密集型任务中使用多线程可以大大的加速程序运行,即时在单核CPU上,这种加速主要就是利用了被浪费掉的阻塞时间。
分配CPU和IO密集:
-
CPU密集型时,任务可以少配置线程数,大概和机器的cpu核数相当,这样可以使得每个线程都在执行任务
-
IO密集型时,大部分线程都阻塞,故需要多配置线程数,2*cpu核数
合理计算
要想合理的配置线程池的大小,首先得分析任务的特性,可以从以下几个角度分析:
- 任务的性质:CPU密集型任务、IO密集型任务、混合型任务。
- 任务的优先级:高、中、低。
- 任务的执行时间:长、中、短。
- 任务的依赖性:是否依赖其他系统资源,如数据库连接等。
性质不同的任务可以交给不同规模的线程池执行。
-
CPU密集型任务应配置尽可能小的线程,如配置CPU个数+1的线程数
-
IO密集型任务应配置尽可能多的线程,因为IO操作不占用CPU,不要让CPU闲下来,应加大线程数量
可以得出一个结论:
线程等待时间比CPU执行时间比例越高,需要越多线程。
线程CPU执行时间比等待时间比例越高,需要越少线程。