Java線程池的那些事

熟悉java多線程的朋友一定十分了解java的線程池，jdk中的核心實作類為java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor。大家可能了解到它的原理，甚至看過它的源碼；但是就像我一樣，大家可能對它的作用存在誤解。現在問題來了，jdk為什麼要提供java線程池？使用java線程池對于每次都建立一個新Thread有什麼優勢？

對線程池的誤解

很長一段時間裡我一直以為java線程池是為了提高多線程下建立線程的效率。建立好一些線程并緩存線上程池裡，後面來了請求（Runnable）就從連接配接池中取出一個線程處理請求；這樣就避免了每次建立一個新Thread對象。直到前段時間我看到一篇Neal Gafter（和Joshua Bloch合著了《Java Puzzlers》，現任職于微軟，主要從事.NET語言方面的工作）的訪談，裡面有這麼一段談話（http://www.infoq.com/cn/articles/neal-gafter-on-java）：

乍一看，大神的思路就是不一樣：java線程池是為了防止java線程占用太多資源？

雖然是java大神的訪談，但是也不能什麼都信，你說占資源就占資源？還是得寫測試用例測一下。

首先驗證下我的了解：

java線程池和建立java線程哪個效率高？

直接上測試用例：

public class ThreadPoolTest extends TestCase {
    private static final int COUNT = 10000;

    public void testThreadPool() throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(COUNT);
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);
        long bg = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
        Runnable command = new TestRunnable(countDownLatch);
        executorService.execute(command);
        }
        countDownLatch.await();
        System.out.println("testThreadPool:" + (System.currentTimeMillis() - bg));
    }

    public void testNewThread() throws InterruptedException {
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(COUNT);
        long bg = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < COUNT; i++) {
        Runnable command = new TestRunnable(countDownLatch);
        Thread thread = new Thread(command);
        thread.start();
        }
        countDownLatch.await();
        System.out.println("testNewThread:" + (System.currentTimeMillis() - bg));
    }

    private static class TestRunnable implements Runnable {
        private final CountDownLatch countDownLatch;

        TestRunnable(CountDownLatch countDownLatch) {
        this.countDownLatch = countDownLatch;
        }

        @Override
        public void run() {
        countDownLatch.countDown();
        }
    }
}      

這裡使用Executors.newFixedThreadPool(100)是為了控制線程池的核心連接配接數和最大連接配接數一樣大，都為100。

我的機子上的測試結果：

testThreadPool:31
testNewThread:624      

可以看到，使用線程池處理10000個請求的處理時間為31ms，而每次啟用新線程的處理時間為624ms。      

好了，使用線程池确實要比每次都建立新線程要快一些；但是testNewThread一共耗時624ms，算下平均每次請求的耗時為：

624ms/10000=62.4us      

每次建立并啟動線程的時間為62.4微秒。根據80/20原理，這點兒時間根本可以忽略不計。是以線程池并不是為了效率設計的。

java線程池是為了節約資源？

再上測試用例：

public class ThreadPoolTest extends TestCase {
    public void testThread() throws InterruptedException {
        int i = 1;
        while (true) {
        Runnable command = new TestRunnable();
        Thread thread = new Thread(command);
        thread.start();
        System.out.println(i++);
        }
    }

    private static class TestRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        }
    }
}      

以上用例模拟每次請求都建立一個新線程處理請求，然後預設每個請求的處理時間為1000ms。而在我的機子上當請求數達到1096時會記憶體溢出：

java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread      

為什麼會抛OOM Error呢？因為jvm會為每個線程配置設定一定記憶體（JDK5.0以後每個線程堆棧大小為1M,以前每個線程堆棧大小為256K，也可以通過jvm參數-Xss來設定），是以當線程數達到一定數量時就報了該error。      

設想如果不使用java線程池，而為每個請求都建立一個新線程來處理該請求，當請求量達到一定數量時一定會記憶體溢出的；而我們使用java線程池的話，線程數量一定會<=maximumPoolSize（線程池的最大線程數），是以設定合理的話就不會造成記憶體溢出。

現在問題明朗了：java線程池是為了防止記憶體溢出，而不是為了加快效率。

淺談java線程池

上文介紹了java線程池啟動太多會造成OOM，使用java線程池也應該設定合理的線程數數量；否則應用可能十分不穩定。然而該如何設定這個數量呢？我們可以通過這個公式來計算：

(MaxProcessMemory – JVMMemory – ReservedOsMemory) / (ThreadStackSize) = Max number of threads

MaxProcessMemory     程序最大的記憶體
JVMMemory                 JVM記憶體
ReservedOsMemory     JVM的本地記憶體
ThreadStackSize            線程棧的大小      

MaxProcessMemory

MaxProcessMemory：程序最大的尋址空間，當然也不能超過虛拟記憶體和實體記憶體的總和。關于不同系統的程序可尋址的最大空間，可參考下面表格：

Maximum Address Space Per Process
Operating System
Redhat Linux 32 bit	2 GB
Redhat Linux 64 bit	3 GB
Windows 98/2000/NT/Me/XP
Solaris x86 (32 bit)	4 GB
Solaris 32 bit
Solaris 64 bit	Terabytes

JVMMemory

JVMMemory: Heap + PermGen，即堆記憶體和永久代記憶體和（注意，不包括本地記憶體）。

ReservedOsMemory

ReservedOSMemory：Native heap，即JNI調用方法所占用的記憶體。

ThreadStackSize

ThreadStackSize：線程棧的大小，JDK5.0以後每個線程堆棧大小預設為1M,以前每個線程堆棧大小為256K；可以通過jvm參數-Xss來設定；注意-Xss是jvm的非标準參數，不強制所有平台的jvm都支援。

如何調大線程數？

如果程式需要大量的線程，現有的設定不能達到要求，那麼可以通過修改MaxProcessMemory，JVMMemory，ThreadStackSize這三個因素，來增加能建立的線程數：

MaxProcessMemory 使用64位作業系統
JVMMemory   減少JVMMemory的配置設定
ThreadStackSize  減小單個線程的棧大小      

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