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线程池之ThreadPoolExecutor概述

Java源码里面都有大量的注释,认真读懂这些注释,就可以把握其七分工作机制了。关于ThreadPoolExecutor的解析,我们就从其类注释开始。

现将注释大致翻译如下:

ExecutorService(ThreadPoolExecutor的顶层接口)使用线程池中的线程执行每个提交的任务,通常我们使用Executors的工厂方法来创建ExecutorService。

线程池解决了两个不同的问题:

  1. 提升性能:它们通常在执行大量异步任务时,由于减少了每个任务的调用开销,并且它们提供了一种限制和管理资源(包括线程)的方法,使得性能提升明显;
  2. 统计信息:每个ThreadPoolExecutor保持一些基本的统计信息,例如完成的任务数量。

为了在广泛的上下文中有用,此类提供了许多可调参数和可扩展性钩子。但是,在常见场景中,我们预配置了几种线程池,我们敦促程序员使用更方便的Executors的工厂方法直接使用。

  • Executors.newCachedThreadPool(无界线程池,自动线程回收)
  • Executors.newFixedThreadPool(固定大小的线程池);
  • Executors.newSingleThreadExecutor(单一后台线程); 在自定义线程池时,请参考以下指南: 一、Core and maximum pool sizes 核心和最大线程池数量 参数翻译corePoolSize核心线程池数量maximumPoolSize最大线程池数量线程池执行器将会根据corePoolSize和maximumPoolSize自动地调整线程池大小。 当在execute(Runnable)方法中提交新任务并且少于corePoolSize线程正在运行时,即使其他工作线程处于空闲状态,也会创建一个新线程来处理该请求。如果有多于corePoolSize但小于maximumPoolSize线程正在运行,则仅当队列已满时才会创建新线程。通过设置corePoolSize和maximumPoolSize相同,您可以创建一个固定大小的线程池。通过将maximumPoolSize设置为基本上无界的值,例如Integer.MAX_VALUE,您可以允许池容纳任意数量的并发任务。通常,核心和最大池大小仅在构建时设置,但也可以使用setCorePoolSizesetMaximumPoolSize进行动态更改。 这段话详细了描述了线程池对任务的处理流程,这里用个图总结一下

二、prestartCoreThread 核心线程预启动 在默认情况下,只有当新任务到达时,才开始创建和启动核心线程,但是我们可以使用 prestartCoreThread()prestartAllCoreThreads() 方法动态调整。 如果使用非空队列构建池,则可能需要预先启动线程。

方法

作用

prestartCoreThread()

创一个空闲任务线程等待任务的到达

prestartAllCoreThreads()

创建核心线程池数量的空闲任务线程等待任务的到达

三、ThreadFactory 线程工厂

新线程使用ThreadFactory创建。如果未另行指定,则使用Executors.defaultThreadFactory默认工厂,使其全部位于同一个ThreadGroup中,并且具有相同的NORM_PRIORITY优先级和非守护进程状态。

通过提供不同的ThreadFactory,您可以更改线程的名称,线程组,优先级,守护进程状态等。如果ThreadCactory在通过从newThread返回null询问时未能创建线程,则执行程序将继续,但可能无法执行任何任务。

线程应该有modifyThread权限。如果工作线程或使用该池的其他线程不具备此权限,则服务可能会降级:配置更改可能无法及时生效,并且关闭池可能会保持可终止但尚未完成的状态。

四、Keep-alive times 线程存活时间

如果线程池当前拥有超过corePoolSize的线程,那么多余的线程在空闲时间超过keepAliveTime时会被终止 ( 请参阅getKeepAliveTime(TimeUnit) )。这提供了一种在不积极使用线程池时减少资源消耗的方法。

如果池在以后变得更加活跃,则应构建新线程。也可以使用方法setKeepAliveTime(long,TimeUnit)进行动态调整。

防止空闲线程在关闭之前终止,可以使用如下方法:

setKeepAliveTime(Long.MAX_VALUE,TimeUnit.NANOSECONDS);

默认情况下,keep-alive策略仅适用于存在超过corePoolSize线程的情况。但是,只要keepAliveTime值不为零,方法allowCoreThreadTimeOut(boolean)也可用于将此超时策略应用于核心线程

五、Queuing 队列

BlockingQueu用于存放提交的任务,队列的实际容量与线程池大小相关联。

  • 如果当前线程池任务线程数量小于核心线程池数量,执行器总是优先创建一个任务线程,而不是从线程队列中取一个空闲线程。
  • 如果当前线程池任务线程数量大于核心线程池数量,执行器总是优先从线程队列中取一个空闲线程,而不是创建一个任务线程。
  • 如果当前线程池任务线程数量大于核心线程池数量,且队列中无空闲任务线程,将会创建一个任务线程,直到超出maximumPoolSize,如果超时maximumPoolSize,则任务将会被拒绝。
这个过程参考[线程任务处理流程图.png]

主要有三种队列策略:

  1. Direct handoffs 直接握手队列Direct handoffs 的一个很好的默认选择是 SynchronousQueue,它将任务交给线程而不需要保留。这里,如果没有线程立即可用来运行它,那么排队任务的尝试将失败,因此将构建新的线程。此策略在处理可能具有内部依赖关系的请求集时避免锁定。Direct handoffs 通常需要无限制的maximumPoolSizes来避免拒绝新提交的任务。但得注意,当任务持续以平均提交速度大余平均处理速度时,会导致线程数量会无限增长问题。
  2. Unbounded queues 无界队列当所有corePoolSize线程繁忙时,使用无界队列(例如,没有预定义容量的LinkedBlockingQueue)将导致新任务在队列中等待,从而导致maximumPoolSize的值没有任何作用。当每个任务互不影响,完全独立于其他任务时,这可能是合适的; 例如,在网页服务器中, 这种队列方式可以用于平滑瞬时大量请求。但得注意,当任务持续以平均提交速度大余平均处理速度时,会导致队列无限增长问题。
  3. Bounded queues 有界队列一个有界的队列(例如,一个ArrayBlockingQueue)和有限的maximumPoolSizes配置有助于防止资源耗尽,但是难以控制。队列大小和maximumPoolSizes需要 相互权衡
  • 使用大队列和较小的maximumPoolSizes可以最大限度地减少CPU使用率,操作系统资源和上下文切换开销,但会导致人为的低吞吐量。如果任务经常被阻塞(比如I/O限制),那么系统可以调度比我们允许的更多的线程。
  • 使用小队列通常需要较大的maximumPoolSizes,这会使CPU更繁忙,但可能会遇到不可接受的调度开销,这也会降低吞吐量。这里主要为了说明有界队列大小和maximumPoolSizes的大小控制,若何降低资源消耗的同时,提高吞吐量

六、Rejected tasks 拒绝任务 拒绝任务有两种情况:1. 线程池已经被关闭;2. 任务队列已满且maximumPoolSizes已满; 无论哪种情况,都会调用RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法。预定义了四种处理策略:

  1. AbortPolicy:默认测策略,抛出RejectedExecutionException运行时异常;
  2. CallerRunsPolicy:这提供了一个简单的反馈控制机制,可以减慢提交新任务的速度;
  3. DiscardPolicy:直接丢弃新提交的任务;
  4. DiscardOldestPolicy:如果执行器没有关闭,队列头的任务将会被丢弃,然后执行器重新尝试执行任务(如果失败,则重复这一过程);我们可以自己定义RejectedExecutionHandler,以适应特殊的容量和队列策略场景中。

七、Hook methods 钩子方法 ThreadPoolExecutor为提供了每个任务执行前后提供了钩子方法,重写beforeExecute(Thread,Runnable)afterExecute(Runnable,Throwable)方法来操纵执行环境;例如,重新初始化ThreadLocals,收集统计信息或记录日志等。此外,terminated()在Executor完全终止后需要完成后会被调用,可以重写此方法,以执行任殊处理。 注意:如果hook或回调方法抛出异常,内部的任务线程将会失败并结束。

八、Queue maintenance 维护队列 getQueue()方法可以访问任务队列,一般用于监控和调试。绝不建议将这个方法用于其他目的。当在大量的队列任务被取消时,remove()purge()方法可用于回收空间。

九、Finalization 关闭

如果程序中不在持有线程池的引用,并且线程池中没有线程时,线程池将会自动关闭。如果您希望确保即使用户忘记调用 shutdown()方法也可以回收未引用的线程池,使未使用线程最终死亡。那么必须通过设置适当的 keep-alive times 并设置allowCoreThreadTimeOut(boolean) 或者 使 corePoolSize下限为0 。 一般情况下,线程池启动后建议手动调用shutdown()关闭。

总结,通过解读ThreadPoolExecutor的注释,我们对ThreadPoolExecutor应该有了比较全面的了解,其实现方式,后续章节详解。

本文分享自微信公众号 - Java程序员那些事(zgsoft44),作者:Java程序员那些事

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原始发表时间:2020-05-05

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