線程池_初步認識_01

線程池_初步認識_01

• 一、定義
  • 管理一組工作線程。
• 二、好處
  • 1. 降低資源消耗。通過重複利用已建立的線程降低線程建立和銷毀造成的消耗,比如記憶體;
  • 2. 提高響應速度。任務到達時,可以不需要等到線程建立就能執行;
  • 3. 提高線程的可管理性。通過線程池，實作對線程的統一配置設定，調優和監控;比如可以避免無線建立線程引起OutOfMemoryError。
• 三、實作原理
  • 當向線程池送出一個任務之後，線程池是如何處理這個任務的呢？

    

    • 上圖就是線程池的主要處理流程；
    • ThreadPoolExecutor 執行execute()方法的四種情況（流程）：
      • 1、如果目前運作的線程少于核心線程，則建立新線程來執行任務；（需要注意的是，此操作需要擷取全局鎖）
      • 2、如果運作的線程等于或對于核心線程，則将任務加入工作隊列中；
      • 3、如果工作隊列已滿，則建立新的線程（非核心線程）來處理任務；（需要擷取全局鎖）
      • 4、如果建立線程超出最大線程數，則任務被拒絕，調用飽和政策；（RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()）
      • 總結： 如此設計的原因？
        • 為了在執行execute()方法時，盡可能地避免擷取全局鎖；因為擷取全局鎖是一個嚴重可伸縮瓶頸。
      • 期望： 每次任務送出的時候，都是目前運作的線程數大于等于核心線程數，此時不用擷取全局鎖，即加入工作隊列。
• 四、通過ThreadPoolExecutor建立線程池
  • public ThreadPoolExecutor(
    • int corePoolSize,
    • int maximumPoolSize,
    • long keepAliveTime,
    • TimeUnit unit,
    • BlockingQueue<Runnable> workQueue,
    • ThreadFactory threadFactory,
    • RejectedExecutionHandler defaultHandler）
  • 1. corePoolSize
    • 線程池的基本大小;如果要執行的任務數小于線程池基本大小,送出一個任務到線程池後,就會建立一個線程即便有空閑線程；否則，不建立,等待。
  • 2. maximumPoolSize
    • 線程池最大線程數。如果線程池中的線程數大于核心線程數并且隊列滿了，且線程數小于最大線程數，則會建立新的線程。
    • 如果maximumPoolSize與corePoolSize相等,即是固定大小線程池。
    • 如果使用無界隊列，該參數無效；
  • 3. keepAliveTime
    • 空閑線程存活時間。
    • 預設情況下,當線程池中的線程數大于corePoolSize時,keepAliveTime才會起作用;當線程池中的線程空閑時,如果空閑時間等于keepAliveTime,線程會被銷毀,直到線程數等于核心線程數,避免浪費記憶體和句柄資源。
    • 當ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut變量設定為true時，核心線程逾時後也會被回收。
    • 如果任務多，并且每個任務的執行時間較短，增大時間，提高線程的使用率。
  • 4. unit
    • 時間機關
  • 5. BlockingQueue<Runnable> workQueue
    • 任務隊列,用于儲存等待執行的任務的阻塞隊列。包括以下幾種：
      • 1.ArrayBlockingQueue：一個基于數組結構的有界阻塞隊列,FIFO(先進先出)原則對元素進行排序；
      • 2.LinkedBlockingQueue：一個基于連結清單結構的阻塞隊列,也是先進先出,一般情況下吞吐量高于ArrayBlockingQueue 。 FixedThreadPool()和SingleThreadExecutor()使用此隊列。
      • 3.SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。上一個線程執行移除操作後,之後的插入操作才能執行,否則會一直處于阻塞狀态。吞吐量高于LinkedBlockingQueue。CachedThreadPool()使用此隊列。
      • 4.PriorityBlockingQueue：一個具有優先級的無限阻塞隊列。
  • 6. ThreadFactory threadFactory
    • 線程池建立線程使用的工廠；
    • 使用線程池建立線程的時候可以給予更有意義的名稱，便于定位問題。
  • 7. RejectedExecutionHandler defaultHandler
    • 線程池對拒絕任務的處理政策；發生在隊列和線程池都滿了的時候。預設是AbortPolicy,表示無法處理新任務時抛出異常。
      • 1.AbortPolicy ： 直接抛出異常；
      • 2.CallerRunsPolicy: 隻用調用者所線上程來運作任務；
      • 3.DiscardOldestPolicy：丢棄隊列裡最近的一個任務,并執行目前任務；
      • 4.DiscardPolicy：不處理，不丢棄；
  • 自定義拒絕政策實作RejectedExecutionHandler接口,實作需要的場景。比如持久化拒絕的任務、記錄日志等等。
• 五、送出任務到線程池的方法
  • (一)、 通過execute
    • executorService.execute(newRunnable() {
      • @Override
      • public void run() {
        • System.out.println("我要開始運作了");
      • }
    • });
    • 送出不需要傳回值的任務，無法判斷任務是否被線程池執行成功。
  • (二)、 通過submit
    • 1.通過送出Runnable
      • Future future =  executorService.submit(()->{});
    • 2.通過送出Callable
      • Future future =  executorService.submit(() -> {
        • return null;
    • 3.  Runnable 和 Callable 的差別
      • 1. 非常相似，這兩個接口都表示可以由線程或ExecutorService同時執行的任務。
      • 2. 不同之處是兩個接口内部執行的方法不同。
        • Runnable
          • public interface Runnable {
            • public void run();
        • Callable
          • public interface Callable{
            • public Object call() throws Exception;
      • - 可以看出,call()方法是有傳回值的，而且可以引發異常。run沒有傳回值，也不能引發異常（除非未經檢查的異常-RuntimeException的子類)。
    • 4.如果執行的任務需要傳回結果，使用Callable。
  • (三)、兩種執行方法的差別
    • 1. execute 隻能送出Runnable類型的任務；submit 除了可以送出Runnable類型的任務外，還可以送出Callable類型。
    • 2. execute 直接抛出任務執行的異常；submit 會捕獲，可以傳回一個Future類型的對象，通過這個Future對象可以判斷任務是否執行成功，通過get方法擷取傳回值，get()方法會阻塞目前線程直到任務完成，使用get(long timeout,TimeUnit unit)方法會阻塞目前線程一段時間後立即傳回，這時候任務可能沒有執行完。
    • 3. submit 的頂級接口是ExecutorService；execute 的頂級接口是 Executor；
• 六、擷取傳回結果
  • （一）、 兩種 invokeAny() 和 invokeAll()
  • （二）、invokeAny
    • 1. 當任意一個任務得到結果後，會調用interrupt方法将其他的任務中斷;
    • 2. 部分任務失敗，會使用第一個成功的任務傳回的結果;
    • 3. 任務全部失敗了，抛出Execption,invokeAny 方法将抛出ExecutionException。
  • （三）、invokeAll 傳回所有任務的執行結果，該方法的執行效果也是阻塞執行的，要把所有的結果都取回時再繼續向下執行。
• 七、關閉線程池
  • 1、shutdown()
    • 1. 将線程池的狀态設定成ShutDown;
    • 2. 中斷所有沒有正在執行任務的線程。在終止前允許執行以前送出的任務；
  • 2、shutdownNow()
    • 1. 将線程池的狀态設定成Stop;
    • 2. 阻止等待任務的啟動并試圖停止目前正在執行的任務,并傳回等待執行任務的清單；不允許執行以前送出的任務。
  • 1、2 兩個方法的原理：
    • 周遊線程池中的工作線程，然後逐個調用線程的interrupt方法來中斷線程，是以無法響應中斷的任務可能永遠無法終止。
    • 調用1、2方法後，isShutdown 方法傳回true。當所有任務都已關閉，才表示線程池關閉成功，調用isTerminaed方法傳回true。
  • 3、awaitTermination()
    • 1. 接收timeout和TimeUnit兩個參數，用于設定逾時時間及機關。當等待超過設定時間時，會監測ExecutorService是否已經
    • 關閉，若關閉則傳回true，否則傳回false。一般情況下會和shutdown方法組合使用。
    • 在實際使用過程中, 使用shutdown()關閉，回收資源。如果有必要，可以在其後執行shutdownNow(),取消所有遺留的任務。
• 八、配置線程池
  • 角度：
    • 1. 任務的性質： CPU密集型任務、IO密集型任務和混合型任務。
    • 2. 任務的優先級： 高、中與低；
    • 3. 任務的執行時間： 長、短；
    • 4. 任務的依賴性： 是否依賴其他系統資源，如資料庫連接配接。
  • 選擇：
    • 性質不同的任務可以用不同規模的線程池分開處理；
    • CPU 密集型任務應配置盡可能小的線程，如cpu數+1 的線程池；
    • IO密集型任務線程并不是一直在執行，則應配置極可能多的線程；
    • 優先級不同的任務可以使用優先級隊列PriorityBlockingQueue來處理，它可以讓優先級高的任務先執行；
      • 如果一直有優先級高的任務送出到隊列裡，那麼優先級低的任務可能永遠不能執行。
    • 依賴資料庫連接配接的任務，因為線程送出SQL後需要等待資料庫傳回結果，等待的時間越長，則CPU空閑時間就越長，那麼線程數應該設定的越大，這樣才能更好低利用CPU。
  • 建議：
    • 有界隊列；有界隊列可以增加系統的穩定性和預警能力。
    • 展現：
      • 任務線程池的隊列和線程池滿了，不斷抛出抛棄任務的異常，通過排查是資料庫出現問題，導緻執行sql的速度變慢，由于背景任務線程池裡的任務都是需要向資料庫插入資料的和查詢，是以導緻線程池裡的工作線程全部阻塞，任務積壓線上程池裡。如果是無界隊列，線程池中的隊列越來越多，可能撐爆記憶體，導緻系統不可用。
• 八、例子
  • ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
    • Set<Callable<String>> callables = newHashSet<Callable<String>>();
      • callables.add(() -> {
        • return "Task1";
      • }});
    • • • return "Task2";
    • List<Future<String>> futures =executorService.invokeAll(callables);
      • for(Future<String> future : futures){
        • System.out.println("future.get = " + future.get());
    • executorService.shutdown();
    • while (!service.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS)) {
      • System.out.println("線程池沒有關閉");