線程池_02_Executor架構

線程池_02_Executor架構

• 一、Executor 的兩級排程
  • 背景知識
    • 在HotSpot Vm 的線程模型中，Java 線程被一對一映射為本地作業系統線程。Java 線程啟動時會建立一個本地作業系統線程；當該Java線程終止時，這個作業系統線程也會被回收。
  • Executor
    • 在上層，Java多線程程式通常把應用分解為若幹個任務，然後使用使用者級的排程器(Executor架構)将這些任務映射為固定數量的線程；換句話說就是應用程式通過Executor架構控制上層的排程。
    • 在底層，作業系統核心将這些線程映射到硬體處理器上。換句話說，下層的排程由作業系統核心控制，下層的排程不受應用程式的控制。
• 二、Executor 的組成
  • 1、任務；
    • 包括被執行任務需要實作的接口：Runbable或Callable 接口
  • 2、任務的執行；
    • 包括任務執行機制的核心接口Executor，以及繼承自Executor 的ExecutorService接口。Executor 架構有兩個關鍵類實作了ExecutorService 接口
  • 3、異步計算的結果；
    • 包括接口Future 和 實作Future接口的FutureTask類。
• 三、Executor 使用
  • 1、主線程首先建立Runnable或Callable的任務對象A；
  • 2、然後把對象A直接交給ExecutorService通過Execute或Submit方法執行；
  • 3、如果使用的是submit方法，會傳回一個實作Future接口的對象，主線程可以執行FutureTask.get()方法來等待任務執行完成。也可以執行FutureTask.cancle()來取消任務。
• 四、Executor 主要的類與接口的簡介
  • 1、Executor
    • 接口，是Executor架構的基礎，它将任務的送出與任務的執行分離開來。
  • 2、ThreadPoolExecutor
    • 線程池的核心實作類，用來執行被送出的任務
  • 3、ScheduledThreadPoolExecutor（定時任務類，這裡不讨論）
    • 實作類，可以在給定的延遲後運作指令，或者定期執行指令。
  • 4、Future接口和實作Future接口的FutureTask類，代表異步結算的結果
  • 5、Runnable 和Callable接口的實作類
• 五、Executor 主要的類與接口的詳解
  • ThreadPoolExecutor
    • 四個核心參數：
      • 1、corePool 核心線程池的大小；
      • 2、maximumPool 最大線程池的大小；
      • 3、BlockingQueue 用來暫時儲存任務的工作隊列；
      • 4、RejectedExecutionHandler 當ThreadPoolExecutor 可以關閉或ThreadExecutor 已經飽和時(達到了最大線程池大小并且工作隊列已滿)，execute()方法将要調用的Handler。
    • ThreadPoolExecutor通常使用工廠類Executors來建立，Executors可以建立3種類型的ThreadPoolExecutor： FixedThreadPool、SingleThreadExecutor、CachedThreadPool;
      • 1、FixedThreadPool ，建立固定線程數的API。

        

        • 建立的方法：

          

          • FixedThreadPool 的核心線程和最大線程數是一樣的；線程的空閑存活時間為0，則多餘的空閑線程會被立即終止。
        • 執行execute()，流程如下：
          • 1、如果目前運作的線程數少于corePoolSize，則建立新線程來執行任務；
          • 2、如果目前運作的線程數等于corePoolSize，将任務加入LinkedBlockingQueue;
          • 3、線程執行完1中的任務後，會在循環中反複從LinkedBlockingQueue擷取任務來執行。
        • 使用無界隊列LinkedBlockingQueue，影響：
          • 1、如果目前運作的線程數等于corePoolSize，新任務将在無界隊列中等待，是以線程池中的線程數不會超過corePoolSize;
          • 2、maximumPoolSize 與 keepAliveTime 會是無效的；
          • 3、運作中的FixedThreadPool 不會拒絕任務（因為工作隊列可以無限增大）；
      • 2、SingleThreadExecutor，使用單個工作線程的Executor。

        • 

          • 于corePoolSize與maximumPoolSize 設為1，其它參數與FixedThreadPool一樣。
        • 執行execute(),流程如下：
          • 1、如果線程池中無運作的線程，則建立一個新線程來執行任務；
          • 2、目前線程池中有一個運作的線程，将任務加入LinkedBlockingQueue;
        • 使用無界隊列LinkedBlockingQueue，與FixedThreadPool一樣的結果。
      • 3、CachedThreadPool，根據需要建立新線程的線程池。

        • 

          • corePoolSize 為0，maximumPoolSize被設定為Integer.MAX_VALUE，即是maximumPoolSize無界的。keepAliveTime 設為60秒，空閑存活60秒後被終止。
        • CachedThreadPool 使用沒有容量的SynchronousQueue作為線程池的工作隊列，但是maximumPoolSize是無界的。這意味着，如果主線程送出任務的速度高于maximumPool中線程處理任務的速度時，CachedThreadPool會不斷建立新線程。極端情況下，CachedThreadPool會因為建立過多線程而耗盡CPU和記憶體資源。
      • 總結：
        • FixedThreadPool 與 SingleThreadExecutor 允許的請求隊列長度為Integer.MAX_VALUE，可能會堆積大量的請求，進而引起OOM異常
        • CachedThreadPool => 允許建立的線程數為Integer.MAX_VALUE，可能會建立大量的線程，進而引起OOM異常
  • FutureTask
    • 使用：
      • 1、由調用線程直接執行FutureTask.run(); ---- 實作了Runnable接口
      • 2、通過ExecutorService.submit()方法傳回一個FutureTask； ---- 實作了Future 接口
    • 實作原理
      • 基于AbstractQueuedSynchronizer(簡稱AQS)。AQS是一個同步架構，它提供通用機制來原子性管理同步狀态、阻塞和喚醒線程，以及維護被阻塞線程的隊列。
      • 基于AQS實作的同步器包含兩種類型：
        • 1、至少一個acquire操作。這個操作阻塞調用線程，除非/直到AQS的狀态允許這個線程繼續執行。
          • 在FutureTask 類中get()和get(long timeout, TimeUnit unit)兩個方法為acquire操作；
        • 2、至少一個release操作。這個操作改變AQS的狀态，改變後的狀态可允許一個或多個阻塞線程被解除阻塞。
          • 在FutureTask 類中run()和cancel()兩個方法為acquire操作；