并发编程系列教程(08)

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并发编程系列教程(08)

2023-12-15 07:39| 来源: 网络整理| 查看: 265

代码已经上传到Github,有兴趣的同学可以下载来看看:https://github.com/ylw-github/Java-ThreadDemo

1. 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3个好处。

第一 :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。 第二 :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。 第三 :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,必须对其实现原理了如指掌。

2. 线程池的作用

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。

如果一个线程的时间非常长,就没必要用线程池了(不是不能作长时间操作,而是不宜。),况且我们还不能控制线程池中线程的开始、挂起、和中止。

3. 线程池的分类

1. newCachedThreadPool

作用:创建一个可根据需要创建新线程的线程池,但是在以前构造的线程可用时将重用它们,并在需要时使用提供的 ThreadFactory 创建新线程。

特征: 1)线程池中数量没有固定,可达到最大值(Interger. MAX_VALUE) 2)线程池中的线程可进行缓存重复利用和回收(回收默认时间为1分钟) 3)当线程池中,没有可用线程,会重新创建一个线程

创建方式: Executors.newCachedThreadPool();

2.newFixedThreadPool

作用:创建一个可重用固定线程数的线程池,以共享的无界队列方式来运行这些线程。在任意点,在大多数 nThreads 线程会处于处理任务的活动状态。如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务,则在有可用线程之前,附加任务将在队列中等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止,那么一个新线程将代替它执行后续的任务(如果需要)。在某个线程被显式地关闭之前,池中的线程将一直存在。

特征: 1)线程池中的线程处于一定的量,可以很好的控制线程的并发量 2)线程可以重复被使用,在显示关闭之前,都将一直存在 3)超出一定量的线程被提交时候需在队列中等待

创建方式: 1)Executors.newFixedThreadPool(int nThreads);//nThreads为线程的数量 2)Executors.newFixedThreadPool(int nThreads,ThreadFactory threadFactory);//nThreads为线程的数量,threadFactory创建线程的工厂方式

3.newSingleThreadExecutor

作用:创建一个使用单个 worker 线程的 Executor,以无界队列方式来运行该线程。(注意,如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程,那么如果需要,一个新线程将代替它执行后续的任务)。可保证顺序地执行各个任务,并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。与其他等效的newFixedThreadPool(1) 不同,可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即可使用其他的线程。

特征: 1)线程池中最多执行1个线程,之后提交的线程活动将会排在队列中以此执行

创建方式: 1)Executors.newSingleThreadExecutor() ; 2)Executors.newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory);// threadFactory创建线程的工厂方式

4.newScheduleThreadPool

作用: 创建一个线程池,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

特征: 1)线程池中具有指定数量的线程,即便是空线程也将保留 2)可定时或者延迟执行线程活动

创建方式: 1)Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize);// corePoolSize线程的个数 2)newScheduledThreadPool(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory);// corePoolSize线程的个数,threadFactory创建线程的工厂

5.newSingleThreadScheduledExecutor

作用: 创建一个单线程执行程序,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。

特征: 1)线程池中最多执行1个线程,之后提交的线程活动将会排在队列中以此执行 2)可定时或者延迟执行线程活动

创建方式: 1)Executors.newSingleThreadScheduledExecutor() ; 2)Executors.newSingleThreadScheduledExecutor(ThreadFactory threadFactory) ;//threadFactory创建线程的工厂

4. ThreadPoolExecutor

Java是天生就支持并发的语言,支持并发意味着多线程,线程的频繁创建在高并发及大数据量是非常消耗资源的,因为java提供了线程池。在jdk1.5以前的版本中,线程池的使用是及其简陋的,但是在JDK1.5后,有了很大的改善。JDK1.5之后加入了java.util.concurrent包,java.util.concurrent包的加入给予开发人员开发并发程序以及解决并发问题很大的帮助。这篇文章主要介绍下并发包下的Executor接口,Executor接口虽然作为一个非常旧的接口(JDK1.5 2004年发布),但是很多程序员对于其中的一些原理还是不熟悉,因此写这篇文章来介绍下Executor接口,同时巩固下自己的知识。如果文章中有出现错误,欢迎大家指出。

Executor框架的最顶层实现是ThreadPoolExecutor类,Executors工厂类中提供的newScheduledThreadPool、newFixedThreadPool、newCachedThreadPool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,那么它的底层原理是怎样实现的呢,这篇就来介绍下ThreadPoolExecutor线程池的运行过程。

corePoolSize: 核心池的大小。 当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中maximumPoolSize: 线程池最大线程数,它表示在线程池中最多能创建多少个线程;kekeepAliveTime: 表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。 unit: 参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性: 5. 线程池的四种创建方式

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。 5.1 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。示例代码如下:

// 无限大小线程池 jvm自动回收 ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i @Override public void run() { try { Thread.sleep(100); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i:" + temp); } }); }

运行结果: 在这里插入图片描述

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。

5.2 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。示例代码如下:

ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5); for (int i = 0; i @Override public void run() { System.out.println("线程ID -> "+ Thread.currentThread().getId() + ",i:" + temp); } }); }

运行结果: 在这里插入图片描述 总结:因为线程池大小为3,每个任务输出index后sleep 2秒,所以每两秒打印3个数字。定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

5.3 newScheduledThreadPool

创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下:

import java.util.concurrent.Executors; import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class newScheduledThreadPoolDemo { public static void main(String[] args) { ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5); for (int i = 0; i public void run() { System.out.println("i:" + temp); } }, 3, TimeUnit.SECONDS); } } }

运行结果,表示延迟3秒执行 在这里插入图片描述

5.4 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。示例代码如下:

ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor(); for (int i = 0; i @Override public void run() { System.out.println("index:" + index); try { Thread.sleep(200); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }); }

运行结果,结果依次输出,相当于顺序执行各个任务。: 在这里插入图片描述

6. 线程池的原理剖析

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。 在这里插入图片描述 7. 自定义线程池

如果当前线程池中的线程数目小于corePoolSize,则每来一个任务,就会创建一个线程去执行这个任务;

如果当前线程池中的线程数目>=corePoolSize,则每来一个任务,会尝试将其添加到任务缓存队列当中,若添加成功,则该任务会等待空闲线程将其取出去执行;若添加失败(一般来说是任务缓存队列已满),则会尝试创建新的线程去执行这个任务;

如果队列已经满了,则在总线程数不大于maximumPoolSize的前提下,则创建新的线程 如果当前线程池中的线程数目达到maximumPoolSize,则会采取任务拒绝策略进行处理;

如果线程池中的线程数量大于 corePoolSize时,如果某线程空闲时间超过keepAliveTime,线程将被终止,直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize;如果允许为核心池中的线程设置存活时间,那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime,线程也会被终止。

package com.ylw.threadpool; import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor; import java.util.concurrent.TimeUnit; public class DIVThreadPool { public static class TaskThred implements Runnable { private String taskName; public TaskThred(String taskName) { this.taskName = taskName; } @Override public void run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" => "+ taskName); } } public static void main(String[] args) { ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue(3)); for (int i = 1; i


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