Java并發程式設計的藝術(十)——線程池(1)

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線程池的作用

1. 減少資源的開銷 

   減少了每次建立線程、銷毀線程的開銷。

2. 提高響應速度 

   每次請求到來時，由于線程的建立已經完成，故可以直接執行任務，是以提高了響應速度。

3. 提高線程的可管理性 

   線程是一種稀缺資源，若不加以限制，不僅會占用大量資源，而且會影響系統的穩定性。 

   是以，線程池可以對線程的建立與停止、線程數量等等因素加以控制，使得線程在一種可控的範圍内運作，不僅能保證系統穩定運作，而且友善性能調優。

線程池的實作原理

線程池一般由兩種角色構成：多個工作線程 和 一個阻塞隊列。

• 工作線程 

  工作線程是一組已經處在運作中的線程，它們不斷地向阻塞隊列中領取任務執行。

• 阻塞隊列 

  阻塞隊列用于存儲工作線程來不及處理的任務。當工作線程都在執行任務時，到來的新任務就隻能暫時在阻塞隊列中存儲。

ThreadPoolExecutor的使用

建立線程池

通過如下代碼即可建立一個線程池：

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, timeUnit, runnableTaskQueue, handler);           

• 1

• corePoolSize：基本線程數量 

  它表示你希望線程池達到的一個值。線程池會盡量把實際線程數量保持在這個值上下。

• maximumPoolSize：最大線程數量 

  這是線程數量的上界。 

  如果實際線程數量達到這個值：

  1. 阻塞隊列未滿：任務存入阻塞隊列等待執行
  2. 阻塞隊列已滿：調用飽和政策

• keepAliveTime：空閑線程的存活時間 

  當實際線程數量超過corePoolSize時，若線程空閑的時間超過該值，就會被停止。 

  PS：當任務很多，且任務執行時間很短的情況下，可以将該值調大，提高線程使用率。

• timeUnit：keepAliveTime的機關

• runnableTaskQueue：任務隊列 

  這是一個存放任務的阻塞隊列，可以有如下幾種選擇： 

  1. ArrayBlockingQueue 

     它是一個由數組實作的阻塞隊列，FIFO。

  2. LinkedBlockingQueue 

     它是一個由連結清單實作的阻塞隊列，FIFO。 

     吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。 

     fixedThreadPool使用的阻塞隊列就是它。 

     它是一個無界隊列。

  3. SynchronousQueue 

     它是一個沒有存儲空間的阻塞隊列，任務送出給它之後必須要交給一條工作線程處理；如果目前沒有空閑的工作線程，則立即建立一條新的工作線程。 

     cachedThreadPool用的阻塞隊列就是它。 

  4. PriorityBlockingQueue 

     它是一個優先權阻塞隊列。

• handler：飽和政策 

  當實際線程數達到maximumPoolSize，并且阻塞隊列已滿時，就會調用飽和政策。 

  JDK1.5由四種飽和政策： 

  1. AbortPolicy 

     預設。直接抛異常。

  2. CallerRunsPolicy 

     隻用調用者所在的線程執行任務。

  3. DiscardOldestPolicy 

     丢棄任務隊列中最久的任務。

  4. DiscardPolicy 

     丢棄目前任務。

送出任務

可以向ThreadPoolExecutor送出兩種任務：Callable和Runnable。

1. Callable 

   該類任務有傳回結果，可以抛出異常。 

   通過submit函數送出，傳回Future對象。 

   可通過get擷取執行結果。

2. Runnable 

   該類任務隻執行，無法擷取傳回結果，并在執行過程中無法抛異常。 

   通過execute送出。

關閉線程池

關閉線程池有兩種方式：shutdown和shutdownNow，關閉時，會周遊所有的線程，調用它們的interrupt函數中斷線程。但這兩種方式對于正在執行的線程處理方式不同。

1. shutdown() 

   僅停止阻塞隊列中等待的線程，那些正在執行的線程就會讓他們執行結束。

2. shutdownNow() 

   不僅會停止阻塞隊列中的線程，而且會停止正在執行的線程。

ThreadPoolExecutor運作機制

當有請求到來時：

1. 若目前實際線程數量 少于 corePoolSize，即使有空閑線程，也會建立一個新的工作線程；
2. 若目前實際線程數量處于corePoolSize和maximumPoolSize之間，并且阻塞隊列沒滿，則任務将被放入阻塞隊列中等待執行；
3. 若目前實際線程數量 小于 maximumPoolSize，但阻塞隊列已滿，則直接建立新線程處理任務；
4. 若目前實際線程數量已經達到maximumPoolSize，并且阻塞隊列已滿，則使用飽和政策。

設定合理的線程池大小

任務一般可分為：CPU密集型、IO密集型、混合型，對于不同類型的任務需要配置設定不同大小的線程池。

• CPU密集型任務 

  盡量使用較小的線程池，一般為CPU核心數+1。 

  因為CPU密集型任務使得CPU使用率很高，若開過多的線程數，隻能增加上下文切換的次數，是以會帶來額外的開銷。

• IO密集型任務 

  可以使用稍大的線程池，一般為2*CPU核心數。 

  IO密集型任務CPU使用率并不高，是以可以讓CPU在等待IO的時候去處理别的任務，充分利用CPU時間。

• 混合型任務 

  可以将任務分成IO密集型和CPU密集型任務，然後分别用不同的線程池去處理。 

  隻要分完之後兩個任務的執行時間相差不大，那麼就會比串行執行來的高效。 

  因為如果劃分之後兩個任務執行時間相差甚遠，那麼先執行完的任務就要等後執行完的任務，最終的時間仍然取決于後執行完的任務，而且還要加上任務拆分與合并的開銷，得不償失。