线程池

新时代农民工0101
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为什么使用线程池，线程池有哪些优势？

线程池能控制运行的线程数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务。如果任务数量超过最大线程数，超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务执行。

特点： 线程复用，控制最大并发数，管理线程

优势：

  • 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程，降低线程创建和销毁造成的消耗。
  • 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不用等到线程创建就能立即执行。
  • 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

线程池的工作原理

image.png

  1. 在创建线程池后，等待提交过来的任务请求。
  2. 当调用execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做如下判断：
如果正在运行的线程数量小于corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；
如果正在运行的线程数量大于或等于corePoolSize，那么将这个任务放入队列；
如果队列满了且正在运行的线程数还小于maximumPoolSize，那么会创建非核心线程立即运行这个任务；
如果队列满足且正在运行的线程数大于或等于maximumPoolSize，那么线程池会启动饱和拒绝策略执行。
  1. 当一个线程完成任务时，从队列中取出下一个任务来执行。
  2. 当一个线程空闲超过一定的时间（keepAliveTime），线程池会判断，如果当前运行的线程大于corePoolSize，那么这个线程会被停掉

ThreadPoolExecutor的7大核心参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
}
  • corePoolSize：线程池中核心线程数
  • maximumPoolSize：线程池中能容纳同时执行的最大线程数，必须大于等于1
  • keepAliveTime：多余空闲线程的存活时间
  • unit：keepAliveTime的时间单位
  • workQueue：阻塞队列，用于存储被提交但还未被执行的任务
  • threadFactory：生成线程池中工作线程的线程工厂，用于创建线程，一般默认即可
  • handler：拒绝策略，当阻塞队列满了且工作线程大于线程池的最大线程数时，如何拒绝任务

案例

核心线程数2，最大线程数5，阻塞队列可容纳3任务，采用CallerRunsPolicy拒绝策略

ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 5,  1, 
        TimeUnit.SECONDS,
        new LinkedBlockingQueue<>(3),
        Executors.defaultThreadFactory(),
        new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

1）task = [2,5]，核心线程就可以完成所有任务的执行

try {
    int task = 5;
    for (int i = 1; i <= task; i++) {
        executorService.execute(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行业务");
        });
    }
}catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    executorService.shutdown();
}
结果分析：前2个任务核心线程处理，后3个任务进入阻塞队列，最后再由核心线程处理
pool-1-thread-1 执行业务
pool-1-thread-2 执行业务
pool-1-thread-1 执行业务
pool-1-thread-2 执行业务
pool-1-thread-1 执行业务

2）task = [6,8]，除了核心线程外，还需要创建新的线程才能完成所有任务的执行

try {
    int task = 8;
    for (int i = 1; i <= task; i++) {
        executorService.execute(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行业务");
        });
    }
}catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    executorService.shutdown();
}
结果分析：thread-3,4,5都是核心线程数之外的线程。核心线程数满了，阻塞队列也满了，只能创建新的线程处理任务
pool-1-thread-1 执行业务
pool-1-thread-5 执行业务
pool-1-thread-1 执行业务
pool-1-thread-4 执行业务
pool-1-thread-3 执行业务
pool-1-thread-2 执行业务
pool-1-thread-1 执行业务
pool-1-thread-5 执行业务

3）task > 8，核心线程数满了，阻塞队列也满了，最大线程数也满了，此时后续的任务都由调用者执行，因为线程池采用CallerRunsPolicy拒绝策略

try {
    int task = 9;
    for (int i = 1; i <= task; i++) {
        executorService.execute(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 执行业务");
        });
    }
}catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    executorService.shutdown();
}
结果分析：main线程也参与任务的执行
pool-1-thread-1 执行业务
pool-1-thread-4 执行业务
main 执行业务
pool-1-thread-3 执行业务
pool-1-thread-2 执行业务
pool-1-thread-3 执行业务
pool-1-thread-4 执行业务
pool-1-thread-1 执行业务
pool-1-thread-5 执行业务

线程池的最大线程数如何设置？

  • CPU密集型：任务需要大量的运算，没有阻塞，CPU一直全速运行。CPU密集型的任务只有在多核CPU上才可能通过多线程加速，在单核CPU上开启多线程，上下文切换的开销大。

CPU密集型任务配置尽可能少的线程数量，一般公式：CPU核数+1

  • IO密集型：IO密集型的任务线程并不是一直执行的，应配置尽可能多的线程。IO密集型的任务需要大量的IO，即大量阻塞，在单线程上运行IO密集型的任务会导致浪费大量的CPU运算能力，因此需要多配置线程数

参考公式：CPU和数/1 + 阻塞系数（0.8-0.9之间）
比如8核CPU：8/（1 - 0.9） = 80个线程数
获取CPU核数，可使用方法：Runtime.getRuntime().availableProcessors()

线程池的拒绝策略

image.png

  • AbortPolicy（默认）：直接抛RejectedExecutionException异常，阻止系统正常运行
  • CallerRunsPolicy 由调用者自己运行任务
  • DiscardOldestPolicy 丢弃阻塞队列中最老的任务并将新任务加入队列
  • DiscardPolicy 直接丢弃，不做任何处理
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