对Java中线程池的理解

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。

一、使用线程池的好处

在开发过程中，合理地使用线程池能够带来3个好处。

• 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。

二、线程池的实现原理

线程池处理任务的具体流程图如下：

根据上图我们就很清晰的可以分析出线程池的工作原理是怎样的了。

• 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务
  • 如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入下个流程
• 线程池判断工作队列是否已经满了
  • 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。
• 线程池判断线程池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。

三、线程池的创建使用

我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池。

1、线程池的几个参数

• corePoolSize：核心线程数大小
  • 当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线 程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。
• maximumPoolSize：线程池允许创建的最大线程数
  • 如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。
• BlockingQueue：任务队列（建议使用有界队列）
  • 用于保存等待执行的任务的阻塞队列；可供选择的有：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue、PriorityBlockingQueue
• ThreadFactory：用于设置创建线程的工厂
  • 可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设 置更有意义的名字。
• RejectedExecutionHandler：饱和策略
  • 当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。
  • AbortPolicy：直接抛出异常
  • CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务
  • DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务
  • DiscardPolicy：不处理，丢弃掉
• keepAliveTime：线程活动保持时间
  • 线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。所以， 如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大时间，提高线程的利用率
• TimeUnit：线程活动保持时间的单位
  • 可选的单位有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟 （MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微秒（MICROSECONDS，千分之一毫秒）和纳秒
    （NANOSECONDS，千分之一微秒）。

2、向线程池提交任务

两种方式：

• execute()
  • execute()方法用于提交不需要返回值的任务
• submit()
  • submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个future类型的对象，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法来获取返回值。

3、关闭线程池

两种方式：调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务 可能永远无法终止。

• shutdown()
  • 只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。
• shutdownNow()
  • 首先将线程池的状态设置成 STOP，然后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。

4、线程池的监控

如果在系统中大量使用线程池，则有必要对线程池进行监控，方便在出现问题时，可以根据线程池的使用状况快速定位问题。可以通过线程池提供的参数进行监控，在监控线程池的时候可以使用以下属性。

• taskCount：线程池需要执行的任务数量
• completedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount
• largestPoolSize：线程池里曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否曾经满过。如该数值等于线程池的最大大小，则表示线程池曾经满过
• getPoolSize：线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话，线程池里的线程不会自动销毁，所以这个大小只增不减
• getActiveCount：获取活动的线程数

四、Executor框架

在Java中，使用线程来异步执行任务。Java线程的创建与销毁需要一定的开销，如果我们为每一个任务创建一个新线程来执行，这些线程的创建与销毁将消耗大量的计算资源。同时， 为每一个任务创建一个新线程来执行，这种策略可能会使处于高负荷状态的应用最终崩溃。
Java的线程既是工作单元，也是执行机制。从JDK 5开始，把工作单元与执行机制分离开来。工作单元包括Runnable和Callable，而执行机制由Executor框架提供。

1、Executor框架的两级调度模型

从图中可以看出，应用程序通过Executor框架控制上层的调度；而下层的调度由操作系统内核控制，下层的调度不受应用程序的控制。

2、Executor框架的结构

Executor框架主要由3大部分组成如下。

• 任务
  • 包括被执行任务需要实现的接口：Runnable接口或Callable接口。
• 任务的执行
  • 包括任务执行机制的核心接口Executor，以及继承自Executor的 ExecutorService接口。Executor框架有两个关键类实现了ExecutorService接口 （ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor）。
• 异步计算的结果
  • 包括接口Future和实现Future接口的FutureTask类

3、Executor框架包含的主要的类与接口（成员）

• Executor是一个接口，它是Executor框架的基础，它将任务的提交与任务的执行分离开来
• ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类，用来执行被提交的任务
• ScheduledThreadPoolExecutor是一个实现类，可以在给定的延迟后运行命令，或者定期执 行命令。ScheduledThreadPoolExecutor比Timer更灵活，功能更强大。
• Future接口和实现Future接口的FutureTask类，代表异步计算的结果
• Runnable接口和Callable接口的实现类，都可以被ThreadPoolExecutor或Scheduled- ThreadPoolExecutor执行

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