Java線程池

Java線程池

分類： 線程2014-08-14 14:35 8人閱讀 評論(0) 收藏 舉報

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一簡介

線程的使用在java中占有極其重要的地位，在jdk1.4極其之前的jdk版本中，關于線程池的使用是極其簡陋的。在jdk1.5之後這一情況有了很大的改觀。Jdk1.5之後加入了java.util.concurrent包，這個包中主要介紹java中線程以及線程池的使用。為我們在開發中處理線程的問題提供了非常大的幫助。

二：線程池

線程池的作用：

線程池作用就是限制系統中執行線程的數量。

      根據系統的環境情況，可以自動或手動設定線程數量，達到運作的最佳效果；少了浪費了系統資源，多了造成系統擁擠效率不高。用線程池控制線程數量，其他線程排隊等候。一個任務執行完畢，再從隊列的中取最前面的任務開始執行。若隊列中沒有等待程序，線程池的這一資源處于等待。當一個新任務需要運作時，如果線程池中有等待的工作線程，就可以開始運作了；否則進入等待隊列。

為什麼要用線程池:

1.減少了建立和銷毀線程的次數，每個工作線程都可以被重複利用，可執行多個任務。

2.可以根據系統的承受能力，調整線程池中工作線線程的數目，防止因為消耗過多的記憶體，而把伺服器累趴下(每個線程需要大約1MB記憶體，線程開的越多，消耗的記憶體也就越大，最後當機)。

Java裡面線程池的頂級接口是Executor，但是嚴格意義上講Executor并不是一個線程池，而隻是一個執行線程的工具。真正的線程池接口是ExecutorService。

比較重要的幾個類：

ExecutorService	真正的線程池接口。
ScheduledExecutorService	能和Timer/TimerTask類似，解決那些需要任務重複執行的問題。
ThreadPoolExecutor	ExecutorService的預設實作。
ScheduledThreadPoolExecutor	繼承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口實作，周期性任務排程的類實作。

要配置一個線程池是比較複雜的，尤其是對于線程池的原理不是很清楚的情況下，很有可能配置的線程池不是較優的，是以在Executors類裡面提供了一些靜态工廠，生成一些常用的線程池。

1. newSingleThreadExecutor

建立一個單線程的線程池。這個線程池隻有一個線程在工作，也就是相當于單線程串行執行所有任務。如果這個唯一的線程因為異常結束，那麼會有一個新的線程來替代它。此線程池保證所有任務的執行順序按照任務的送出順序執行。

2.newFixedThreadPool

建立固定大小的線程池。每次送出一個任務就建立一個線程，直到線程達到線程池的最大大小。線程池的大小一旦達到最大值就會保持不變，如果某個線程因為執行異常而結束，那麼線程池會補充一個新線程。

3. newCachedThreadPool

建立一個可緩存的線程池。如果線程池的大小超過了處理任務所需要的線程，

那麼就會回收部分空閑（60秒不執行任務）的線程，當任務數增加時，此線程池又可以智能的添加新線程來處理任務。此線程池不會對線程池大小做限制，線程池大小完全依賴于作業系統（或者說JVM）能夠建立的最大線程大小。

4.newScheduledThreadPool

建立一個大小無限的線程池。此線程池支援定時以及周期性執行任務的需求。

執行個體

1：newSingleThreadExecutor

MyThread.java

publicclassMyThread extends Thread { @Override publicvoid run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在執行。。。"); }

TestSingleThreadExecutor.java

publicclassTestSingleThreadExecutor { publicstaticvoid main(String[] args) { //建立一個可重用固定線程數的線程池 ExecutorService pool = Executors. newSingleThreadExecutor(); //建立實作了Runnable接口對象，Thread對象當然也實作了Runnable接口 Thread t1 = new MyThread(); Thread t2 = new MyThread(); Thread t3 = new MyThread(); Thread t4 = new MyThread(); Thread t5 = new MyThread(); //将線程放入池中進行執行 pool.execute(t1); pool.execute(t2); pool.execute(t3); pool.execute(t4); pool.execute(t5); //關閉線程池 pool.shutdown();

輸出結果

pool-1-thread-1正在執行。。。

2newFixedThreadPool

TestFixedThreadPool.Java

publicclass TestFixedThreadPool { ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

pool-1-thread-2正在執行。。。

3 newCachedThreadPool

TestCachedThreadPool.java

publicclass TestCachedThreadPool { ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();

輸出結果：

pool-1-thread-4正在執行。。。 pool-1-thread-3正在執行。。。 pool-1-thread-5正在執行。。。

4newScheduledThreadPool

TestScheduledThreadPoolExecutor.java

publicclass TestScheduledThreadPoolExecutor { ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(1); exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段時間就觸發異常 //throw new RuntimeException(); System.out.println("================"); }, 1000, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS); exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段時間列印系統時間，證明兩者是互不影響的 System.out.println(System.nanoTime()); }, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);

================ 8384644549516 8386643829034 8388643830710 8390643851383 8392643879319 8400643939383

三：ThreadPoolExecutor詳解

ThreadPoolExecutor的完整構造方法的簽名是：ThreadPoolExecutor

(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)

 .

corePoolSize - 池中所儲存的線程數，包括空閑線程。

maximumPoolSize-池中允許的最大線程數。

keepAliveTime - 當線程數大于核心時，此為終止前多餘的空閑線程等待新任務的最長時間。

unit - keepAliveTime 參數的時間機關。

workQueue - 執行前用于保持任務的隊列。此隊列僅保持由 execute方法送出的 Runnable任務。

threadFactory - 執行程式建立新線程時使用的工廠。

handler - 由于超出線程範圍和隊列容量而使執行被阻塞時所使用的處理程式。

ThreadPoolExecutor是Executors類的底層實作。

在JDK幫助文檔中，有如此一段話：

“強烈建議程式員使用較為友善的

Executors

工廠方法

Executors.newCachedThreadPool()

（×××線程池，可以進行自動線程回收）、

Executors.newFixedThreadPool(int)

（固定大小線程池）

Executors.newSingleThreadExecutor()

（單個背景線程）

它們均為大多數使用場景預定義了設定。”

下面介紹一下幾個類的源碼：

ExecutorService  newFixedThreadPool (int nThreads):固定大小線程池。

可以看到，corePoolSize和maximumPoolSize的大小是一樣的（實際上，後面會介紹，如果使用×××queue的話maximumPoolSize參數是沒有意義的），keepAliveTime和unit的設值表名什麼？-就是該實作不想keep alive！最後的BlockingQueue選擇了LinkedBlockingQueue，該queue有一個特點，他是×××的。

1.     public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {   2.             return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,   3.                                           0L, TimeUnit.MILLISECONDS,   4.                                           new LinkedBlockingQueue<Runnable>());   5.         }

ExecutorService  newSingleThreadExecutor()：單線程

1.     public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {   2.             return new FinalizableDelegatedExecutorService   3.                 (new ThreadPoolExecutor(1, 1,   4.                                         0L, TimeUnit.MILLISECONDS,   5.                                         new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));   6.         }

ExecutorService newCachedThreadPool()：×××線程池，可以進行自動線程回收

這個實作就有意思了。首先是×××的線程池，是以我們可以發現maximumPoolSize為big big。其次BlockingQueue的選擇上使用SynchronousQueue。可能對于該BlockingQueue有些陌生，簡單說：該QUEUE中，每個插入操作必須等待另一個線程的對應移除操作。

1.     public static ExecutorService newCachedThreadPool() {   2.             return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,   3.                                           60L, TimeUnit.SECONDS,   4.                                           new SynchronousQueue<Runnable>());       }

先從BlockingQueue<Runnable> workQueue這個入參開始說起。在JDK中，其實已經說得很清楚了，一共有三種類型的queue。

所有BlockingQueue 都可用于傳輸和保持送出的任務。可以使用此隊列與池大小進行互動：

如果運作的線程少于 corePoolSize，則 Executor始終首選添加新的線程，而不進行排隊。（如果目前運作的線程小于corePoolSize，則任務根本不會存放，添加到queue中，而是直接抄家夥（thread）開始運作）

如果運作的線程等于或多于 corePoolSize，則 Executor始終首選将請求加入隊列，而不添加新的線程。

如果無法将請求加入隊列，則建立新的線程，除非建立此線程超出 maximumPoolSize，在這種情況下，任務将被拒絕。

queue上的三種類型。

排隊有三種通用政策：

直接送出。工作隊列的預設選項是 SynchronousQueue，它将任務直接送出給線程而不保持它們。在此，如果不存在可用于立即運作任務的線程，則試圖把任務加入隊列将失敗，是以會構造一個新的線程。此政策可以避免在處理可能具有内部依賴性的請求集時出現鎖。直接送出通常要求××× maximumPoolSizes 以避免拒絕新送出的任務。當指令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時，此政策允許×××線程具有增長的可能性。

×××隊列。使用×××隊列（例如，不具有預定義容量的 LinkedBlockingQueue）将導緻在所有 corePoolSize 線程都忙時新任務在隊列中等待。這樣，建立的線程就不會超過 corePoolSize。（是以，maximumPoolSize的值也就無效了。）當每個任務完全獨立于其他任務，即任務執行互不影響時，适合于使用×××隊列；例如，在 Web頁伺服器中。這種排隊可用于處理瞬态突發請求，當指令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時，此政策允許×××線程具有增長的可能性。

有界隊列。當使用有限的 maximumPoolSizes時，有界隊列（如 ArrayBlockingQueue）有助于防止資源耗盡，但是可能較難調整和控制。隊列大小和最大池大小可能需要互相折衷：使用大型隊列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、作業系統資源和上下文切換開銷，但是可能導緻人工降低吞吐量。如果任務頻繁阻塞（例如，如果它們是 I/O邊界），則系統可能為超過您許可的更多線程安排時間。使用小型隊列通常要求較大的池大小，CPU使用率較高，但是可能遇到不可接受的排程開銷，這樣也會降低吞吐量。 

BlockingQueue的選擇。

例子一：使用直接送出政策，也即SynchronousQueue。

首先SynchronousQueue是×××的，也就是說他存數任務的能力是沒有限制的，但是由于該Queue本身的特性，在某次添加元素後必須等待其他線程取走後才能繼續添加。在這裡不是核心線程便是新建立的線程，但是我們試想一樣下，下面的場景。

我們使用一下參數構造ThreadPoolExecutor：

1.     new ThreadPoolExecutor(  

2.                 2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,   

3.                 new  SynchronousQueue<Runnable>(),   

4.                 new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),   

1.             new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); 

new ThreadPoolExecutor(

  2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,

  new SynchronousQueue<Runnable>(),

  new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),

  new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

當核心線程已經有2個正在運作.

1. 此時繼續來了一個任務（A），根據前面介紹的“如果運作的線程等于或多于 corePoolSize，則 Executor始終首選将請求加入隊列，而不添加新的線程。”,是以A被添加到queue中。
2. 又來了一個任務（B），且核心2個線程還沒有忙完，OK，接下來首先嘗試1中描述，但是由于使用的SynchronousQueue，是以一定無法加入進去。
3. 此時便滿足了上面提到的“如果無法将請求加入隊列，則建立新的線程，除非建立此線程超出maximumPoolSize，在這種情況下，任務将被拒絕。”，是以必然會建立一個線程來運作這個任務。
4. 暫時還可以，但是如果這三個任務都還沒完成，連續來了兩個任務，第一個添加入queue中，後一個呢？queue中無法插入，而線程數達到了maximumPoolSize，是以隻好執行異常政策了。

是以在使用SynchronousQueue通常要求maximumPoolSize是×××的，這樣就可以避免上述情況發生（如果希望限制就直接使用有界隊列）。對于使用SynchronousQueue的作用jdk中寫的很清楚：此政策可以避免在處理可能具有内部依賴性的請求集時出現鎖。

什麼意思？如果你的任務A1，A2有内部關聯，A1需要先運作，那麼先送出A1，再送出A2，當使用SynchronousQueue我們可以保證，A1必定先被執行，在A1麼有被執行前，A2不可能添加入queue中。

例子二：使用×××隊列政策，即LinkedBlockingQueue

這個就拿newFixedThreadPool來說，根據前文提到的規則：

如果運作的線程少于 corePoolSize，則 Executor 始終首選添加新的線程，而不進行排隊。那麼當任務繼續增加，會發生什麼呢？

如果運作的線程等于或多于 corePoolSize，則 Executor 始終首選将請求加入隊列，而不添加新的線程。OK，此時任務變加入隊列之中了，那什麼時候才會添加新線程呢？

如果無法将請求加入隊列，則建立新的線程，除非建立此線程超出 maximumPoolSize，在這種情況下，任務将被拒絕。這裡就很有意思了，可能會出現無法加入隊列嗎？不像SynchronousQueue那樣有其自身的特點，對于×××隊列來說，總是可以加入的（資源耗盡，當然另當别論）。換句說，永遠也不會觸發産生新的線程！corePoolSize大小的線程數會一直運作，忙完目前的，就從隊列中拿任務開始運作。是以要防止任務瘋長，比如任務運作的實行比較長，而添加任務的速度遠遠超過處理任務的時間，而且還不斷增加，不一會兒就爆了。

例子三：有界隊列，使用ArrayBlockingQueue。

這個是最為複雜的使用，是以JDK不推薦使用也有些道理。與上面的相比，最大的特點便是可以防止資源耗盡的情況發生。

舉例來說，請看如下構造方法：

2.                 2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,   

3.                 new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),   

5.                 new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); 

    2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,

    new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),

    new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),

    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

假設，所有的任務都永遠無法執行完。

對于首先來的A,B來說直接運作，接下來，如果來了C,D，他們會被放到queue中，如果接下來再來E,F，則增加線程運作E，F。但是如果再來任務，隊列無法再接受了，線程數也到達最大的限制了，是以就會使用拒絕政策來處理。

keepAliveTime

jdk中的解釋是：當線程數大于核心時，此為終止前多餘的空閑線程等待新任務的最長時間。

有點拗口，其實這個不難了解，在使用了“池”的應用中，大多都有類似的參數需要配置。比如資料庫連接配接池，DBCP中的maxIdle，minIdle參數。

什麼意思？接着上面的解釋，後來向老闆派來的勞工始終是“借來的”，俗話說“有借就有還”，但這裡的問題就是什麼時候還了，如果借來的勞工剛完成一個任務就還回去，後來發現任務還有，那豈不是又要去借？這一來一往，老闆肯定頭也大死了。

合理的政策：既然借了，那就多借一會兒。直到“某一段”時間後，發現再也用不到這些勞工時，便可以還回去了。這裡的某一段時間便是keepAliveTime的含義，TimeUnit為keepAliveTime值的度量。

RejectedExecutionHandler

另一種情況便是，即使向老闆借了勞工，但是任務還是繼續過來，還是忙不過來，這時整個隊伍隻好拒絕接受了。

RejectedExecutionHandler接口提供了對于拒絕任務的處理的自定方法的機會。在ThreadPoolExecutor中已經預設包含了4中政策，因為源碼非常簡單，這裡直接貼出來。

CallerRunsPolicy：線程調用運作該任務的 execute 本身。此政策提供簡單的回報控制機制，能夠減緩新任務的送出速度。

1.     public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {  

2.                 if (!e.isShutdown()) {  

3.                     r.run();  

4.                 }  

5.             } 

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

           if (!e.isShutdown()) {

               r.run();

           }

       }

這個政策顯然不想放棄執行任務。但是由于池中已經沒有任何資源了，那麼就直接使用調用該execute的線程本身來執行。

AbortPolicy：處理程式遭到拒絕将抛出運作時RejectedExecutionException

2.                 throw new RejectedExecutionException();  

3.             } 

           throw new RejectedExecutionException();

這種政策直接抛出異常，丢棄任務。

DiscardPolicy：不能執行的任務将被删除

2.             } 

這種政策和AbortPolicy幾乎一樣，也是丢棄任務，隻不過他不抛出異常。

DiscardOldestPolicy：如果執行程式尚未關閉，則位于工作隊列頭部的任務将被删除，然後重試執行程式（如果再次失敗，則重複此過程）

3.                     e.getQueue().poll();  

4.                     e.execute(r);  

5.                 }  

1.         } 

               e.getQueue().poll();

               e.execute(r);

該政策就稍微複雜一些，在pool沒有關閉的前提下首先丢掉緩存在隊列中的最早的任務，然後重新嘗試運作該任務。這個政策需要适當小心。

設想:如果其他線程都還在運作，那麼新來任務踢掉舊任務，緩存在queue中，再來一個任務又會踢掉queue中最老任務。

總結：

keepAliveTime和maximumPoolSize及BlockingQueue的類型均有關系。如果BlockingQueue是×××的，那麼永遠不會觸發maximumPoolSize，自然keepAliveTime也就沒有了意義。

反之，如果核心數較小，有界BlockingQueue數值又較小，同時keepAliveTime又設的很小，如果任務頻繁，那麼系統就會頻繁的申請回收線程。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {

       return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,