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Java线程池全面知识点总结

发布时间:2021-11-07 02:06:08

本篇内容介绍了“Java线程池全面知识点总结”的有关知识,在实际案例的操作过程中,不少人都会遇到这样的困境,接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧!希望大家仔细阅读,能够学有所成!

原理

线程池的原理非常简单,这里用处理流程来概括:

  • 线程池判断核心池里的线程是否都在执行任务,如果不是,创建一个新的线程来执行任务;

  • 如果核心线程池已满,则将新任务存在工作队列中;

  • 如果工作队列满了,线程数量没有达到线程池上限的前提下,新建一个线程来执行任务;

  • 线程数量达到上限,则触发饱和策略来处理这个任务;

使用工作队列,是为了尽可能降低线程创建的开销。工作队列用阻塞队列来实现。

阻塞队列

阻塞队列(BlockingQueue)是指支持阻塞的插入和移除元素的队列。

  • 阻塞的插入:当队列满时,阻塞插入元素的线程,直到队列不满;

  • 阻塞的移除:当队列为空,阻塞移除元素的线程,直到队列不为空;

原理:使用通知者模式实现。当生产者往满的队列中添加元素时,会阻塞生产者。消费者移除元素时,会通知生产者当前队列可用。

阻塞队列有以下三种类型,分别是:

  • 有界阻塞队列:ArrayBlockingQueue(数组),LinkedBlockingQueue(链表)

  • 无界阻塞队列:LinkedTransferQueue(链表),PriorityBlockingQueue(支持优先级排序),DelayQueue(支持延时获取元素的无界阻塞队列)

  • 同步移交队列:SynchronousQueue

有界阻塞队列

主要包括ArrayBlockingQueue(数组),LinkedBlockingQueue(链表)两种。有界队列大小与线程数量大小相互配合,队列容量大线程数量小时,可减少上下文切换降低cpu使用率,但是会降低吞吐量。

无界阻塞队列

比较常用的是LinkedTransferQueue。FixedThreadPool就是用这个实现的。无界阻塞队列要慎重使用,因为在某些情况,可能会导致大量的任务堆积到队列中,导致内存飙升。

同步移交队列

SynchronousQueue。不存储元素的阻塞队列,每一个put操作必须等待一个take操作,否则不能继续添加元素。用于实现CachedThreadPool线程池。

各个线程池所使用的任务队列映射关系如下:

线程池阻塞队列

FixedThreadPoolLinkedBlockingQueueSingleThreadExecutorLinkedBlockingQueueCachedThreadExecutorSynchronousQueueScheduledThreadPoolExecutorLinkedBlockingQueue

实现类分析

ThreadPoolExecutor是Java线程池的实现类,是Executor接口派生出来的最核心的类。依赖关系图如下:

Java线程池全面知识点总结

这里不得不提到Executor框架,该框架包含三大部分,如下:

  • 任务。被执行任务需要实现的接口:Runnable和Callable;

  • 任务执行。即上述核心接口Executor以及继承而来的ExecutorService。ExecutorService派生出如下两个类:ThreadPoolExecutor:线程池核心实现类;ScheduledThreadPoolExecutor:用来做定时任务;

  • 异步计算的结果。接口Future和实现Future接口的FutureTask类。线程池创建

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, milliseconds, runnableTaskQueue, handler)

构造方法如下:

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

参数说明:

  • corePoolSize:核心池的线程数量;

  • workQueue:用于保存任务的工作队列;

  • maximumPoolSize:最大线程池的大小;

  • keepAliveTime:当线程数量大于核心池线程数量时,keepAliveTime为多余的空闲线程等待新任务的最长时间,超过这个时间,多余的线程会被终止;

  • TimeUnit:keepAliveTime的单位;

  • ThreadFactory:线程工厂,可以给线程设置名字;

  • handler:饱和策略。当队列和线程池都满了,会触发饱和策略,来处理新提交的任务。饱和策略以下几种:AbortPolicy:直接抛出异常;CallerRunsPolicy:只用调用者所在线程来运行任务;DiscardOldestPolicy:丢弃最近一个任务并执行当前任务;DiscardPolicy:不处理,丢弃掉。

使用Executors创建线程池

使用工具类Executors可创建三种类型的线程池:FixedThreadPool、SingleThreadExecutor、CachedThreadPool。本质上也是调用上述构造方法。理解了前文的参数解释,下面三种线程池也就容易理解了。

FixedThreadPool

可重用固定线程数的线程池。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

工作流程如下:

  • 如果当前运行的线程数少于corePoolSize,则创建新线程来执行任务;

  • 线程数等于corePoolSize之后,新任务加入LinkedBlockingQueue(无界阻塞队列)。因为最大线程数maximumPoolSize参数值等于corePoolSize,不会产生多余线程;

  • 线程执行完任务之后会反复从LinkedBlockingQueue中获取任务来执行。

SingleThreadExecutor

单个worker线程的线程池

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

SingleThreadExecutor与FixedThreadPool的区别在于,maximumPoolSize和corePoolSize都设置成了1,其它参数都一样。

  • CachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

CachedThreadPool将corePoolSize设置为0,maximumPoolSize设置为无限大,同时使用了一个没有容量的工作队列SynchronousQueue。这个线程池没有固定的核心线程,而是根据需要创建新线程。

工作流程:

  • 有新任务时,主线程执行SynchronousQueue.offer操作,空闲线程执行SynchronousQueue.poll(keepAliveTime,TimeUnit.NANOSECONDS)操作,配对成功则将任务交给空闲线程执行;

  • 当没有空闲线程时,上面的配对操作失败,此时会创建一个新线程来执行任务;

  • 任务执行完毕后,空闲线程会等待60秒。60秒内如果有新任务,就立即执行,否则时间一过线程就终止。

线程池关闭

调用shutdown或者shutdownNow方法可关闭线程池。原理是遍历线程池中所有工作线程,调用interrupt方法来中断线程。

  • shutdown:将线程置为SHUTDOWN状态,不能接受新的任务,等待所有任务执行完毕;

  • shutdownNow:将线程置为STOP状态,不能接受新的任务,尝试去终止正在执行的恶任务;

这里涉及到ThreadPoolExecutor中定义的线程的五种状态

// runState is stored in the high-order bits
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
  • RUNNING:接受新任务,处理任务;

  • SHUTDOWN:不接受新任务,但会把队列中任务处理完;

  • STOP:不接受新任务,不处理队列中的任务,并且终止正在处理的任务;

  • TIDYING:正在执行的任务和队列都为空,进入该状态,将要执行terminated();

  • TERMINATED:所有terminated()方法执行完毕,线程池彻底终止。

当队列和正在执行的任务都为空时,由SHUTDOWN转化为TIDYING;当正在执行的任务为空,由STOP转化为TIDYING。

“Java线程池全面知识点总结”的内容就介绍到这里了,感谢大家的阅读。如果想了解更多行业相关的知识可以关注血鸟云网站,小编将为大家输出更多高质量的实用文章!


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