1.1.7 线程池原理

为什么要用线程池

• 线程是不是越多越好？
  • 线程在java中是一个对象，更是操作系统的资源，线程创建、销毁需要时间。如果创建时间+销毁时间>执行任务时间 就很不合算。
  • java对象占用堆内存，操作系统线程占用系统内存，根据jvm规范，一个线程默认最大栈大小1M，这个栈空间是需要从系统内存中分配的。线程过多，会消耗很多的内存。
  • 操作系统需要频繁切换线程上下文（大家都想被运行），影响性能。
• 线程池的推出，就是为了方便的控制线程数量。

线程池原理 - 概念

• 线程池管理器：用于创建并管理线程池，包括创建线程池，销毁线程池，添加新任务；
• 工作线程：线程池中线程，在没有任务时处于等待状态，可以循环的执行任务；
• 任务接口：每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行，它主要规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等；
• 任务队列：用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

线程池API - 接口定义和实现类

线程池API - 方法定义

• ExcutorService

  

• ScheduledExecutorService

  

线程池API - Excutors工具类

​ 可以自己实例化线程池，也可以用Executors创建线程池的工厂类，常用方法如下：

• newFixedThreadPool(int nThreads)：创建一个固定大小、任务队列容量无界的线程池。核心线程数=最大线程数。
• newCachedThreadPool()：创建的是一个大小无界的缓冲线程池。它的任务队列是一个同步队列。任务加入到池中，如果池中有空闲线程，则用空闲线程执行，如无则创建新线程执行。池中的线程空闲超过60秒，将被销毁释放。线程数随任务的多少变化。适用于执行耗时较小的异步任务。池的核心线程数=0，最大线程数=Integer.MAX_VALUE。
• newSingleThreadExecutor()：只有一个线程来执行无界任务队列的单一线程池。该线程池确保任务按加入的顺序一个一个依次执行。当唯一的线程因任务异常中止时，将创建一个新的线程来继续执行后续的任务。与newFixedThreadPool(1)的区别在于，单一线程池的池大小在newSingleThreadExecutor方法中硬编码，不能再改变的。
• newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：能定时执行任务的线程池。该池的核心线程数由参数指定，最大线程数=Integer.MAX_VALUE。

线程池原理 - 任务execute过程

• 是否达到核心线程数量？没达到，创建一个工作线程来执行任务。

• 工作队列是否已满？没满，则将新提交的任务存储再工作队列里。

• 是否达到线程池最大数量？没达到，则创建一个新的工作线程来执行任务。

• 最后，执行拒绝策略来处理这个任务。

  

如何确定合适数量的线程？

• 计算型任务：cpu数量的1~2倍；
• IO型任务：相对比计算型任务，需多一些线程，要根据具体的IO阻塞时长进行考量决定。
  • 如tomcat中默认的最大线程数为：200。
  • 也可考虑根据需要在一个最小数量和最大数量间自动增减线程数（例如：newCachedThreadPool()）。
• CPU利用如果没有达到80%，可以考虑增加线程。

代码

	/**
	 * 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务,看线程池的状况
	 * 
	 * @param threadPoolExecutor 传入不同的线程池，看不同的结果
	 * @throws Exception
	 */
	public void testCommon(ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor) throws Exception {
		// 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务，看超过大小的2个，对应的处理情况
		for (int i = 0; i < 15; i++) {
			int n = i;
			threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					try {
						System.out.println("开始执行：" + n);
						Thread.sleep(3000L);
						System.err.println("执行结束:" + n);
					} catch (InterruptedException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			});
			System.out.println("任务提交成功 :" + i);
		}
		// 查看线程数量，查看队列等待数量
		Thread.sleep(500L);
		System.out.println("当前线程池线程数量为：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());
		System.out.println("当前线程池等待的数量为：" + threadPoolExecutor.getQueue().size());
		// 等待15秒，查看线程数量和队列数量（理论上，会被超出核心线程数量的线程自动销毁）
		Thread.sleep(15000L);
		System.out.println("当前线程池线程数量为：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());
		System.out.println("当前线程池等待的数量为：" + threadPoolExecutor.getQueue().size());
	}

	/**
	 * 1、线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，无界队列，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
	 * 
	 * @throws Exception
	 */
	private void threadPoolExecutorTest1() throws Exception {
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
				new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
		testCommon(threadPoolExecutor);
		// 预计结果：线程池线程数量为：5,超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
	}

	/**
	 * 2、 线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，队列大小3，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
	 * 
	 * @throws Exception
	 */
	private void threadPoolExecutorTest2() throws Exception {
		// 创建一个 核心线程数量为5，最大数量为10,等待队列最大是3 的线程池，也就是最大容纳13个任务。
		// 默认的策略是抛出RejectedExecutionException异常，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
				new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), new RejectedExecutionHandler() {
					@Override
					public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
						System.err.println("有任务被拒绝执行了");
					}
				});
		testCommon(threadPoolExecutor);
		// 预计结果：
		// 1、 5个任务直接分配线程开始执行
		// 2、 3个任务进入等待队列
		// 3、 队列不够用，临时加开5个线程来执行任务(5秒没活干就销毁)
		// 4、 队列和线程池都满了，剩下2个任务，没资源了，被拒绝执行。
		// 5、 任务执行，5秒后，如果无任务可执行，销毁临时创建的5个线程
	}

	/**
	 * 3、 线程池信息： 核心线程数量5，最大数量5，无界队列，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒
	 * 
	 * @throws Exception
	 */
	private void threadPoolExecutorTest3() throws Exception {
		// 和Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)一样的
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
				new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
		testCommon(threadPoolExecutor);
		// 预计结：线程池线程数量为：5，超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
	}

	/**
	 * 4、 线程池信息：
	 * 核心线程数量0，最大数量Integer.MAX_VALUE，SynchronousQueue队列，超出核心线程数量的线程存活时间：60秒
	 * 
	 * @throws Exception
	 */
	private void threadPoolExecutorTest4() throws Exception {

		// SynchronousQueue，实际上它不是一个真正的队列，因为它不会为队列中元素维护存储空间。与其他队列不同的是，它维护一组线程，这些线程在等待着把元素加入或移出队列。
		// 在使用SynchronousQueue作为工作队列的前提下，客户端代码向线程池提交任务时，
		// 而线程池中又没有空闲的线程能够从SynchronousQueue队列实例中取一个任务，
		// 那么相应的offer方法调用就会失败（即任务没有被存入工作队列）。
		// 此时，ThreadPoolExecutor会新建一个新的工作者线程用于对这个入队列失败的任务进行处理（假设此时线程池的大小还未达到其最大线程池大小maximumPoolSize）。

		// 和Executors.newCachedThreadPool()一样的
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS,
				new SynchronousQueue<Runnable>());
		testCommon(threadPoolExecutor);
		// 预计结果：
		// 1、 线程池线程数量为：15，超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
		// 2、 所有任务执行结束，60秒后，如果无任务可执行，所有线程全部被销毁，池的大小恢复为0
		Thread.sleep(60000L);
		System.out.println("60秒后，再看线程池中的数量：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());
	}

	/**
	 * 5、 定时执行线程池信息：3秒后执行，一次性任务，到点就执行 <br/>
	 * 核心线程数量5，最大数量Integer.MAX_VALUE，DelayedWorkQueue延时队列，超出核心线程数量的线程存活时间：0秒
	 * 
	 * @throws Exception
	 */
	private void threadPoolExecutorTest5() throws Exception {
		// 和Executors.newScheduledThreadPool()一样的
		ScheduledThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ScheduledThreadPoolExecutor(5);
		threadPoolExecutor.schedule(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("任务被执行，现在时间：" + System.currentTimeMillis());
			}
		}, 3000, TimeUnit.MILLISECONDS);
		System.out.println(
				"定时任务，提交成功，时间是：" + System.currentTimeMillis() + ", 当前线程池中线程数量：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());
		// 预计结果：任务在3秒后被执行一次
	}

	/**
	 * 6、 定时执行线程池信息：线程固定数量5 ，<br/>
	 * 核心线程数量5，最大数量Integer.MAX_VALUE，DelayedWorkQueue延时队列，超出核心线程数量的线程存活时间：0秒
	 * 
	 * @throws Exception
	 */
	private void threadPoolExecutorTest6() throws Exception {
		ScheduledThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ScheduledThreadPoolExecutor(5);
		// 周期性执行某一个任务，线程池提供了两种调度方式，这里单独演示一下。测试场景一样。
		// 测试场景：提交的任务需要3秒才能执行完毕。看两种不同调度方式的区别
		// 效果1： 提交后，2秒后开始第一次执行，之后每间隔1秒，固定执行一次(如果发现上次执行还未完毕，则等待完毕，完毕后立刻执行)。
		// 也就是说这个代码中是，3秒钟执行一次（计算方式：每次执行三秒，间隔时间1秒，执行结束后马上开始下一次执行，无需等待）
		threadPoolExecutor.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				try {
					Thread.sleep(3000L);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				System.out.println("任务-1 被执行，现在时间：" + System.currentTimeMillis());
			}
		}, 2000, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);

		// 效果2：提交后，2秒后开始第一次执行，之后每间隔1秒，固定执行一次(如果发现上次执行还未完毕，则等待完毕，等上一次执行完毕后再开始计时，等待1秒)。
		// 也就是说这个代码钟的效果看到的是：4秒执行一次。 （计算方式：每次执行3秒，间隔时间1秒，执行完以后再等待1秒，所以是 3+1）
		threadPoolExecutor.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				try {
					Thread.sleep(3000L);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				System.out.println("任务-2 被执行，现在时间：" + System.currentTimeMillis());
			}
		}, 2000, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
	}

	/**
	 * 7、 终止线程：线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，队列大小3，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
	 * 
	 * @throws Exception
	 */
	private void threadPoolExecutorTest7() throws Exception {
		// 创建一个 核心线程数量为5，最大数量为10,等待队列最大是3 的线程池，也就是最大容纳13个任务。
		// 默认的策略是抛出RejectedExecutionException异常，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
				new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), new RejectedExecutionHandler() {
					@Override
					public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
						System.err.println("有任务被拒绝执行了");
					}
				});
		// 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务，看超过大小的2个，对应的处理情况
		for (int i = 0; i < 15; i++) {
			int n = i;
			threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					try {
						System.out.println("开始执行：" + n);
						Thread.sleep(3000L);
						System.err.println("执行结束:" + n);
					} catch (InterruptedException e) {
						System.out.println("异常：" + e.getMessage());
					}
				}
			});
			System.out.println("任务提交成功 :" + i);
		}
		// 1秒后终止线程池
		Thread.sleep(1000L);
		threadPoolExecutor.shutdown();
		// 再次提交提示失败
		threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("追加一个任务");
			}
		});
		// 结果分析
		// 1、 10个任务被执行，3个任务进入队列等待，2个任务被拒绝执行
		// 2、调用shutdown后，不接收新的任务，等待13任务执行结束
		// 3、 追加的任务在线程池关闭后，无法再提交，会被拒绝执行
	}

	/**
	 * 8、 立刻终止线程：线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，队列大小3，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
	 * 
	 * @throws Exception
	 */
	private void threadPoolExecutorTest8() throws Exception {
		// 创建一个 核心线程数量为5，最大数量为10,等待队列最大是3 的线程池，也就是最大容纳13个任务。
		// 默认的策略是抛出RejectedExecutionException异常，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
				new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), new RejectedExecutionHandler() {
					@Override
					public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
						System.err.println("有任务被拒绝执行了");
					}
				});
		// 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务，看超过大小的2个，对应的处理情况
		for (int i = 0; i < 15; i++) {
			int n = i;
			threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					try {
						System.out.println("开始执行：" + n);
						Thread.sleep(3000L);
						System.err.println("执行结束:" + n);
					} catch (InterruptedException e) {
						System.out.println("异常：" + e.getMessage());
					}
				}
			});
			System.out.println("任务提交成功 :" + i);
		}
		// 1秒后终止线程池
		Thread.sleep(1000L);
		List<Runnable> shutdownNow = threadPoolExecutor.shutdownNow();
		// 再次提交提示失败
		threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("追加一个任务");
			}
		});
		System.out.println("未结束的任务有：" + shutdownNow.size());

		// 结果分析
		// 1、 10个任务被执行，3个任务进入队列等待，2个任务被拒绝执行
		// 2、调用shutdownnow后，队列中的3个线程不再执行，10个线程被终止
		// 3、 追加的任务在线程池关闭后，无法再提交，会被拒绝执行
	}