《Java-SE-第二十六章》之线程池

用户10517932

发布于 2023-10-07 14:42:41

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发布于 2023-10-07 14:42:41

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前言

在你立足处深挖下去,就会有泉水涌出!别管蒙昧者们叫嚷:“下边永远是地狱!”
博客主页：KC老衲爱尼姑的博客主页博主的github，平常所写代码皆在于此共勉：talk is cheap, show me the code 作者是爪哇岛的新手，水平很有限，如果发现错误，一定要及时告知作者哦！感谢感谢！

线程池概述

什么是线程池?

线程虽然是轻量级进程,尽管线程比进程创建和销毁所消耗的资源要少。但是如果线程的创建和销毁频率高了,开销也还是有的,为了进一步提高效率,引入了线程池，池子里面放着事先创建好的线程.后面用的时候直接从池子里面拿,如此速度就快了,但是代价线程池所需的空间,线程池就是以空间换时间。

为什么从线程池拿会比直接创建线程快?

因为创建线程和销毁线程是操作系统完成了,需要从用户态切换到内核态这是耗时耗力的。如果从线程池直接拿的话,就省去了切换到内核态的时间,同时当线程不用的时候直接放回到线程池即可。

Java标准库中的线程池

标准库中线程池为ThreadPoolExecutor类,该类中最主要是包含两类线程,一类是核心线程,另一类是非核心线程。当派发任务给线程池中的线程时,干活的是核心线程,当来的活太多了,核心线程不够用了,就会启动非核心线程。当活变少了,就会把非核心线程给裁了。简单来说所谓的核心线程就像公司里面的正式工,非核心线程则是实习生。当公司人手不够的时候就会招多点实习生来干活,当活少了,实习生也就可以走了。

在Java8中,ThreadPoolExecutor一共提供了4个构造方法,在此主要介绍参数最多的,其他的三个构造方法都是这个构造方法减少参数而来的,所以搞懂了这个参数最多的构造方法,其他的自然而然也明白了。

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

参数解释

corePoolSize:表示核心线程数
maximumPoolSize:池中允许的最大线程数,就是核心线程和非核心线程之和
keepAliveTime:非核心线程在被终止之前等待新任务的最大时间,超过这个时间,该线程就会被停用。
unit:时间单位
workQueue:在任务执行之前用于保存任务的队列,该队列仅将保存submit方法提交的Runnable任务
threadFactory:创建新线程时所使用的工厂
RejectedExecutionHandler:拒绝策略,执行被处理使用的处理程序,因为达到线程限制和对列容量

拒接策略详解

ThreadPoolExecutor中有四个静态内部类实现了RejectedExecutionHandler接口,分别对应四种不同的拒绝策略

AbortPolicy:被拒绝的任务的处理程序，抛出一个 RejectedExecutionException 。当活太多了,线程已经忙不过来了,还来活时,直接不处理,抛出异常。
CallerRunsPolicy：任务从哪里来就回到哪里去。
DiscardOldestPolicy:队列满了但是不会抛出异常,直接丢弃新任务，不做任何处理
DiscardPolicy:队列满了, 丢弃工作队列中最旧的任务，然后尝试再次提交新任务,不会抛出异常。

常用方法

方法	解释
submit()	用于提交带有返回值的任务（Callable）和不带返回值的任务（Runnable）。
execute()	方法用于提交不带返回值的任务（Runnable）方法没有返回值，因此无法获取任务的执行结果或处理任务的异常。如果任务执行抛出异常，将会被线程池内部捕获并记录日志。
shutdown()	优雅地关闭线程池,避免资源泄漏和线程阻塞问题。停止接受新的任务，并等待已提交的任务执行完成

四种拒接策略演示

AbortPolicy

演示代码

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadPoolExecutorDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor threadExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                1,
                1,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(2),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
        );
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            threadExecutor.submit(()->someTask(taskId));
        }
        threadExecutor.shutdown();
    }

    /**
     * 定义一个需要并发执行的任务
     *
     * @param taskId
     */
    private static void someTask(int taskId) {
        System.out.println("Task " + taskId + " is starting...");
        try {
            Thread.sleep(100); // 模拟任务执行时间
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Task " + taskId + " is finished!");
    }
}

运行结果:

任务太多了,抛出异常之后就罢工了,不干活了。

CallerRunsPolicy

演示代码

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadPoolExecutorDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor threadExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                1,
                1,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(2),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
        );
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            threadExecutor.submit(()->someTask(Thread.currentThread().getName(),taskId));
        }
        threadExecutor.shutdown();
    }

    /**
     * 定义一个需要并发执行的任务
     *
     * @param taskId
     */
    private static void someTask(String name,int taskId) {
        System.out.println(name+":Task " + taskId + " is starting...");
        try {
            Thread.sleep(100); // 模拟任务执行时间
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Task " + taskId + " is finished!");
    }
}

运行结果:

当任务过多时,直接拒接不干了,要干你自己干,所以有部分任务是main线程自己干的

DiscardOldestPolicy

代码演示

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadPoolExecutorDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor threadExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                1,
                1,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(1),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
        );
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            threadExecutor.submit(()->someTask(Thread.currentThread().getName(),taskId));
        }
        threadExecutor.shutdown();
    }

    /**
     * 定义一个需要并发执行的任务
     *
     * @param taskId
     */
    private static void someTask(String name,int taskId) {
        System.out.println(name+":Task " + taskId + " is starting...");
        try {
            Thread.sleep(100); // 模拟任务执行时间
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Task " + taskId + " is finished!");
    }
}

运行结果:

DiscardPolicy

代码演示

import java.util.concurrent.*;

public class ThreadPoolExecutorDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ThreadPoolExecutor threadExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                2,
                3,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(1),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()
        );
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int taskId = i;
            threadExecutor.submit(()->someTask(Thread.currentThread().getName(),taskId));
        }
        threadExecutor.shutdown();
    }

    /**
     * 定义一个需要并发执行的任务
     *
     * @param taskId
     */
    private static void someTask(String name,int taskId) {
        System.out.println(name+":Task " + taskId + " is starting...");
        try {

            Thread.sleep(2000); // 模拟任务执行时间
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Task " + taskId + " is finished!");
    }
}

运行结果:

Executors

如果你觉得上述创建线程池的方式太复杂了,可以使用Executors来创建线程,其返回值是ExecutorService接口。Executors 本质上是 ThreadPoolExecutor 类的封装.

Executors 创建线程池的几种方式

newFixedThreadPool: 创建固定线程数的线程池
newCachedThreadPool: 创建线程数目动态增长的线程池.
newSingleThreadExecutor: 创建只包含单个线程的线程池.
newScheduledThreadPool: 设定延迟时间后执行命令，或者定期执行命令. 是进阶版的 Timer.

使用演示

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ExecutorsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            executorService.submit(()->someTask(Thread.currentThread().getName(),taskId));
        }
        executorService.shutdown();
    }

    /**
     * 定义一个需要并发执行的任务
     *
     * @param taskId
     */
    private static void someTask(String name,int taskId) {
        System.out.println(name+":Task " + taskId + " is starting...");
        try {
            Thread.sleep(2000); // 模拟任务执行时间
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Task " + taskId + " is finished!");
    }
}

运行结果:

简单实现线程池

线程池的基本逻辑

线程池事先存放着准备好的线程,当有任务提交入池的时候,实际上是放入了阻塞队列中,然后线程池中的线程调度执行这些任务,在java中的线程池有核心线程和非核心线程,我们是简单实现,所以都是以核心线程的方式实现。

实现线程池的基本逻辑

使用阻塞队列组织所有的任务,定义一个线程池类其核心方法为submit()将任务添加到阻塞队列中,还需要一个工作线程不断向阻塞对列扫描获取任务并执行任务。

实现代码

MyThreadPool类实现

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class MyThreadPool {
    private int maxWorkerCount = 10;
    private LinkedBlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingQueue();

    public void submit(Runnable command) throws InterruptedException {
        if (queue.size() < maxWorkerCount) {
            // 当前 worker 数不足, 就继续创建 worker
            Worker worker = new Worker(queue);
            worker.start();
        }
        // 将任务添加到任务队列中
        queue.put(command);
    }

}

Worker实现

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class Worker extends Thread {
    private LinkedBlockingQueue<Runnable> queue = null;

    public Worker(LinkedBlockingQueue<Runnable> queue) {
        super("worker");
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        // try 必须放在 while 外头, 或者 while 里头应该影响不大
        try {
            while (!Thread.interrupted()) {
                Runnable runnable = queue.take();
                runnable.run();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
}

测试代码

public class Demo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        MyThreadPool myThreadPool = new MyThreadPool();

        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            myThreadPool.submit(() -> someTask(Thread.currentThread().getName(),taskId));
        }
        Thread.sleep(1000);
    }
    /**
     * 定义一个需要并发执行的任务
     *
     * @param taskId
     */
    private static void someTask(String name,int taskId) {
        System.out.println(name+":Task " + taskId + " is starting...");
        try {
            Thread.sleep(2000); // 模拟任务执行时间
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Task " + taskId + " is finished!");
    }

}

运行结果: