java并发之线程池的使用

陆伯言
196 阅读5分钟

在任务与执行策略之间的隐形耦合

Executor将任务的提交和任务的执行策略解耦开，但实际中并非所有的任务都适用所有的执行策略，因此任务和执行策略之间会有一些隐形的耦合。

  • 依赖性任务： 任务如果是独立的，那么可以随意的改变线程池的大小和配置（只会对执行性能产生影响）。如果提交给线程池的任务依赖其他的任务，那么随意改变执行策略，可能会产生活跃性问题。

线程的饥饿死锁： 在线程池中，如果任务依赖于其他任务，那么可能产生死锁。
如：在单线程的Executor，a任务将b任务提交到同一个Executor，并且等待b任务的结果，那么会引发死锁（b任务在队列中等待，而a任务又无法完成，a任务正等待b任务的结果，陷入互相等待）。 即使在更大的线程池中也可能产生这个问题，在执行的所有任务都等待着队列中任务的结果。这种现象被称为线程饥饿死锁。

public class ExecutorTest {

    private  static ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

    static class Render implements Callable<String>{

        @Override
        public String call() throws Exception {
            System.out.println("开始");
            Future<String> head = executor.submit(new Callable<String>() {
                @Override
                public String call() throws Exception {
                    return "head";
                }
            });
            Future<String> foot = executor.submit(new Callable<String>() {
                @Override
                public String call() throws Exception {
                    return "foot";
                }
            });
            String headPage = head.get();
            String footPage = foot.get();
            System.out.println("结束");
            return headPage+"body"+footPage;
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        ExecutorTest.executor.submit(new ExecutorTest.Render());
    }

}
  • 使用线程封闭机制的任务： 单线程的Executor会放宽代码对于线程安全的要求，当Executor换成线程池的配置可能会产生线程安全问题
  • 对响应时间敏感的任务： 一些任务要求响应性高，如果将任务提交单线程的Executor或者提交到只有少量线程的线程池，会降低任务的响应性。
  • 使用ThreadLocal的任务： ThreadLocal可以是每个线程拥有某个变量的一个自己的‘版本’。但是线程池的线程是可以复用的，任务结束后线程可能并不会消失。所有ThreadLocal的值应该关联任务的生命周期，而不是线程的生命周期。线程池的线程中也不应该用ThreadLocal在任务间传递值。

设置线程池的大小

线程池过大会导致cpu频繁切换，占用过多的内存，过小会导致空闲的cpu无法执行，降低吞吐率。合理的设置线程池的大小，需要考虑任务的特性。

  • CPU密集型：线程池线程数 = Ncpu +1;
  • IO密集型：线程池线程数 = Ncpu * 目标cpu利用率 * (1+ 线程等待时间与cpu等待时间之比);
  • 获取cpu数量：int N_CPU = Runtime.getRuntime().availableProcessors();

配置ThreadPoolExecutor

Executors提供了一些基本的实现，也可以通过ThreadPoolExecutor的构造函数，构造一些符合自己需求的线程池。

image.png

线程的创建与销毁

下面三个参数关乎着线程的创建与销毁：

  • 线程池核心线程数量：基本线程池大小，也就是没有任务是，线程池会运行的数量
  • 线程池最大线程数量：允许同时运行的线程数量
  • 最大空闲时间：线程最大的空闲的时间，超过了这个时间被标记为可回收。如当前线程数大于核心线程数，那么就会被终止。

队列

线程池通过队列来保存等待执行的任务。主要有以下几种队列：

  • 无界队列：newFixedThreadPool,newSingleThreadExecutor默认情况下都是使用的无界队列（危险的是队列长度可能无限制增长）。
  • 有界队列：有界队列就是指有长度限制的队列，队列填满后，再创建非核心线程，最大线程也满了，就走拒绝策略。
  • 同步移交队列：对于非常大或者无界的线程池，可以使用SynchronousQueue来避免任务排队。SynchronousQueue并不是一个真正的队列，要将一个元素放入SynchronousQueue中，必须有一个线程正在等待，如果没有线程等待就创建一个线程（如果已经是最大线程数了，就走拒绝策略）

阿里规范中明确不允许通过Executors来创建线程池
Executors各个方法的弊端：
1）newFixedThreadPool和newSingleThreadExecutor:
主要问题是堆积的请求处理队列可能会耗费非常大的内存，甚至OOM。
2）newCachedThreadPool和newScheduledThreadPool:
主要问题是线程数最大数是Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程，甚至OOM。

拒绝策略

当队列和最大线程数满了后，任务开始走拒绝策略。有以下四种提供的拒绝策略：

  • 中止：抛出RejectedExecutionException(默认的拒绝策略)
  • 调用者运行：在调用者的线程中去串行执行
  • 抛弃最旧的：抛弃队列中下一个将要执行的任务，将最新的加进来。
  • 抛弃：放弃该任务

扩展ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor是扩展的，它提供了几个方法可以在子类中重写。

  • beforeExecute:在任务执行前调用，如果抛出了一个RuntimeException，那么任务不再执行。
  • afterExecute:无论任务是从run中正常返回，还是抛出一个异常返回，都会调用afterExecute。（如果任务在完成后带有一个ERROR，那么不会被调用！这句话实在没理解意思= = ！）
  • terminated:线程池完成关闭操作时调用terminated。可以用来释放各种资源。
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