Java中線程池的實作原理
知識點總結
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- 線程池的原理
- 線程池的五個要素
- 線程池的4個飽和政策
- 線程池的4種阻塞隊列
- 線程池的兩種送出方式
- 線程池的兩種關閉方式
- 線程池的動态擴容
- 線程池的四種類型
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jdk1.5引入Executor線程池架構，通過它把任務的送出和執行進行解耦，隻需要定義好任務，然後送出給線程池，而不用關心該任務是如何執行、被哪個線程執行，以及什麼時候執行。
初始化線程池（4種）
簡介：
Java線程池的工廠類：Executors類,
初始化4種類型的線程池：
newFixedThreadPool()
說明：初始化一個指定線程數的線程池，其中corePoolSize == maxiPoolSize，使用LinkedBlockingQuene作為阻塞隊列
特點：即使當線程池沒有可執行任務時，也不會釋放線程。
newCachedThreadPool()
說明：初始化一個可以緩存線程的線程池，預設緩存60s，線程池的線程數可達到Integer.MAX_VALUE，即2147483647，内部使用SynchronousQueue作為阻塞隊列；
特點：在沒有任務執行時，當線程的空閑時間超過keepAliveTime，會自動釋放線程資源；當送出新任務時，如果沒有空閑線程，則建立新線程執行任務，會導緻一定的系統開銷；
是以，使用時要注意控制并發的任務數，防止因建立大量的線程導緻而降低性能。
newSingleThreadExecutor()
說明：初始化隻有一個線程的線程池，内部使用LinkedBlockingQueue作為阻塞隊列。
特點：如果該線程異常結束，會重新建立一個新的線程繼續執行任務，唯一的線程可以保證所送出任務的順序執行
newScheduledThreadPool()
特定：初始化的線程池可以在指定的時間内周期性的執行所送出的任務，在實際的業務場景中可以使用該線程池定期的同步資料。
總結：除了newScheduledThreadPool的内部實作特殊一點之外，其它線程池内部都是基于ThreadPoolExecutor類（Executor的子類）實作的。
ThreadPoolExecutor内部具體實作：
ThreadPoolExecutor類構造器文法形式：
ThreadPoolExecutor（corePoolSize,maxPoolSize,keepAliveTime,timeUnit,workQueue,threadFactory,handle);
方法參數：
corePoolSize：核心線程數
maxPoolSize：最大線程數
keepAliveTime：線程存活時間（在corePore<*<maxPoolSize情況下有用）
timeUnit：存活時間的時間機關
workQueue：阻塞隊列（用來儲存等待被執行的任務）
注：關于workQueue參數的取值,JDK提供了4種阻塞隊列類型供選擇：
ArrayBlockingQueue：基于數組結構的有界阻塞隊列，按FIFO排序任務；
inkedBlockingQuene：基于連結清單結構的阻塞隊列，按FIFO排序任務，吞吐量通常要高于
SynchronousQuene：一個不存儲元素的阻塞隊列，每個插入操作必須等到另一個線程調用移除操作，否則插入操作一直處于阻塞狀态，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；
PriorityBlockingQuene：具有優先級的無界阻塞隊列；
threadFactory：線程工廠，主要用來建立線程；
handler：表示當拒絕處理任務時的政策，有以下四種取值
注： 當線程池的飽和政策，當阻塞隊列滿了，且沒有空閑的工作線程，如果繼續送出任務，必須采取一種政策處理該任務，線程池提供了4種政策：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢棄任務并抛出RejectedExecutionException異常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢棄任務，但是不抛出異常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢棄隊列最前面的任務，然後重新嘗試執行任務（重複此過程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由調用線程處理該任務
當然也可以根據應用場景實作RejectedExecutionHandler接口，自定義飽和政策，如記錄日志或持久化存儲不能處理的任務。
線程池的狀态（5種）
其中AtomicInteger變量ctl的功能非常強大：利用低29位表示線程池中線程數，通過高3位表示線程池的運作狀态：
1、RUNNING：-1 << COUNT_BITS，即高3位為111，該狀态的線程池會接收新任務，并處理阻塞隊列中的任務；
2、SHUTDOWN： 0 << COUNT_BITS，即高3位為000，該狀态的線程池不會接收新任務，但會處理阻塞隊列中的任務；
3、STOP ： 1 << COUNT_BITS，即高3位為001，該狀态的線程不會接收新任務，也不會處理阻塞隊列中的任務，而且會中斷正在運作的任務；
4、TIDYING ： 2 << COUNT_BITS，即高3位為010，該狀态表示線程池對線程進行整理優化；
5、TERMINATED： 3 << COUNT_BITS，即高3位為011，該狀态表示線程池停止工作；
向線程池送出任務（2種）
有兩種方式：
Executor.execute(Runnable command);
ExecutorService.submit(Callable<T> task);
execute()内部實作
1.首次通過workCountof()獲知目前線程池中的線程數，
如果小于corePoolSize, 就通過addWorker()建立線程并執行該任務；
否則，将該任務放入阻塞隊列；
2. 如果能成功将任務放入阻塞隊列中,
如果目前線程池是非RUNNING狀态，則将該任務從阻塞隊列中移除，然後執行reject()處理該任務；
如果目前線程池處于RUNNING狀态，則需要再次檢查線程池（因為可能在上次檢查後，有線程資源被釋放），是否有空閑的線程；如果有則執行該任務；
3、如果不能将任務放入阻塞隊列中,說明阻塞隊列已滿；那麼将通過addWoker()嘗試建立一個新的線程去執行這個任務；如果addWoker()執行失敗，說明線程池中線程數達到maxPoolSize,則執行reject()處理任務；
sumbit()内部實作
會将送出的Callable任務會被封裝成了一個FutureTask對象
FutureTask類實作了Runnable接口，這樣就可以通過Executor.execute()送出FutureTask到線程池中等待被執行，最終執行的是FutureTask的run方法；
比較：
兩個方法都可以向線程池送出任務，execute()方法的傳回類型是void，它定義在Executor接口中, 而submit()方法可以傳回持有計算結果的Future對象，它定義在ExecutorService接口中，它擴充了Executor接口，其它線程池類像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有這些方法。
線程池的關閉（2種）
ThreadPoolExecutor提供了兩個方法，用于線程池的關閉，分别是shutdown()和shutdownNow()，其中：
shutdown()：不會立即終止線程池，而是要等所有任務緩存隊列中的任務都執行完後才終止，但再也不會接受新的任務
shutdownNow()：立即終止線程池，并嘗試打斷正在執行的任務，并且清空任務緩存隊列，傳回尚未執行的任務
線程池容量的動态調整
ThreadPoolExecutor提供了動态調整線程池容量大小的方法：setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()，
總結：
線程池中的核心線程數，當送出一個任務時，線程池建立一個新線程執行任務，直到目前線程數等于corePoolSize；如果目前線程數為corePoolSize，繼續送出的任務被儲存到阻塞隊列中，等待被執行；如果阻塞隊列滿了，那就建立新的線程執行目前任務；直到線程池中的線程數達到maxPoolSize,這時再有任務來，隻能執行reject()處理該任務；
注：如果執行了線程池的prestartAllCoreThreads()方法，線程池會提前建立并啟動所有核心線程。
posted on 2019-02-28 17:30 shoshana~ 閱讀( ...) 評論( ...) 編輯 收藏
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