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線程池的作用
池化技術(shù)是一種很常見的計(jì)算機(jī)技術(shù)，主要是為了復(fù)用和提高性能，如內(nèi)存池、連接池、對象池等。線程池也不例外，他的主要作用如下：
- 提高性能：線程的頻繁創(chuàng)建和銷毀會產(chǎn)生的很大的系統(tǒng)開銷，線程池中的線程復(fù)用可以大幅度的減少這種不必要的開銷。
- 復(fù)用和管理：方便對池子中的線程進(jìn)行管理和復(fù)用，避免在生產(chǎn)環(huán)境中大量的創(chuàng)建線程。
- 解耦：只暴露提交任務(wù)的接口，將線程池的創(chuàng)建、銷毀等工作與業(yè)務(wù)解耦。
JDK 在并發(fā)包中為我們定義了一套 Executor 框架，幫助開發(fā)人員有效地進(jìn)行線程控制，有基礎(chǔ)的線程池類、有線程池工廠，但是最最重要還是 ThreaPoolExecutor，也是面試中最常問的知識點(diǎn)。本文重點(diǎn)介紹 ThreaPoolExecutor 的原理。
線程池的參數(shù)說明
- ThreaPoolExecutor(
- int corePoolSize,
- long keepAliveTime,
- TimeUnit unit,
- BlockingQueue
workQueue, - ThreadFactory threadFactory,
- RejectedExecutionHandler handler)
- )
ThreaPoolExecutor 參數(shù)的含義如下
- corePoolSize: 線程池中核心線程的數(shù)量。
- maximumPoolSize: 線程池中的最大線程數(shù)量。
- keepAliveTime: 當(dāng)線程池?cái)?shù)量超過 corePoolSize 時(shí)，多余的空閑線程的存活時(shí)間。即超過 coolPoolSize 的空閑線程在 多長時(shí)間內(nèi)，會被銷毀。
- unit: keepAliveTime 的單位，可以為 時(shí)、分、秒等多種值。
- workQueue: 任務(wù)隊(duì)列，存放被提交但尚未被執(zhí)行的任務(wù)。
- threadFactory: 線程工廠，用于創(chuàng)建線程，一般用默認(rèn)即可。
- handler: 拒絕策略，當(dāng)線程池處理不過來任務(wù)時(shí)，如何拒絕任務(wù)。
以上參數(shù)中 workQueue、threadFactory、handler 相對復(fù)雜，需要單獨(dú)介紹，下面主要介紹下 ThreadFactory 和 RejectedExecutionHandler
1. 線程工廠：ThreadFactory
線程池中的線程都由 TrheadFactory 定義的線程工廠來創(chuàng)建，它是一個(gè)接口只有 Thread newThread(Runnable r) 方法，用來創(chuàng)建線程。雖然創(chuàng)建 ThreadPoolExecutor 的時(shí)候可以不指定該參數(shù)，但是阿里巴巴編碼規(guī)約建議最好指定該參數(shù)，有以下幾個(gè)好處：
- 跟蹤線程池在何時(shí)、創(chuàng)建了多少線程。
- 可以自定義線程池的名稱、組以及優(yōu)先級等信息。
- 設(shè)置線程的其他狀態(tài)等，如守護(hù)進(jìn)程。
2. 拒絕策略：RejectedExecutionHandler
當(dāng)線程池線程數(shù)量達(dá)到 maxPoolSize 大小時(shí)，再提交新的任務(wù)會執(zhí)行拒絕策略，JDK 定義了四種拒絕策略：
- AbortPolicy 該策略直接拋出異常
- CallerRunsPolicy 調(diào)用者線程處理任務(wù)，該策略并不是真正的丟棄任務(wù)，會讓當(dāng)前線程來執(zhí)行被拋棄的任務(wù)，由于只有一個(gè)線程，所有的任務(wù)會被串行執(zhí)行。
- DiscardOldestPolicy 丟棄最老的一個(gè)請求，即隊(duì)列頭部的即將被執(zhí)行的任務(wù)，并嘗試再次提交當(dāng)前任務(wù)。
- DiscardPolicy 該策略默默丟棄無法處理的任務(wù)。
以上四種拒絕策略都繼承了接口 RejectedExecutionHandler 并實(shí)現(xiàn)該接口的 rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) 方法。如果以上四種拒絕策略都滿足不了你的需求，可以自定義拒絕策略，繼承接口 RejectedExecutionHandler 并實(shí)現(xiàn)方法即可。
線程池的調(diào)度邏輯
ThreaPoolExecutor 對提交的任務(wù)處理邏輯如下圖，
1. 提交任務(wù)時(shí)：
- 如果線程池中的線程數(shù)小于 corePoolSize (無論是否有空閑線程)，創(chuàng)建新的線程(謂之核心線程)來處理。
- 如果線程池中的線程數(shù)已經(jīng)大于或者 corePoolSize ，新提交的任務(wù)將被放置到等候隊(duì)列中，等待調(diào)度。
- 如果等待隊(duì)列已滿，并且線程池中的線程數(shù)量小于 maxPoolSize，將繼續(xù)創(chuàng)建新線程處理任務(wù)。
- 如果隊(duì)列已滿且線程數(shù)量也達(dá)到了上限，將使用拒絕策略來處理。
2. 任務(wù)進(jìn)行中時(shí)：
當(dāng)隊(duì)列中的任務(wù)已經(jīng)執(zhí)行完，部分線程開始空閑，非核心線程會在空閑后的 keepAliveTime 的時(shí)間內(nèi)自行銷毀。
而空閑核心線程是否退出取決于線程池的另一個(gè)參數(shù) allowCoreThreadTimeOut 。當(dāng)配置為 true 的時(shí)候，即使是核心線程，超時(shí)也會退出。
線程池的生命周期
線程池同線程一樣也有自己的生命周期，包括 RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING 和 TERMINATED 五種狀態(tài)，他們的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖，并且這些轉(zhuǎn)換時(shí)不可逆的。
1. RUNNING
該狀態(tài)是線程池的工作狀態(tài)，能夠接受新任務(wù)以及對接受的任務(wù)進(jìn)行處理。線程池的初始狀態(tài)，即線程創(chuàng)建成功后就處理此狀態(tài)。
2. SHUTDOWN
關(guān)閉狀態(tài)，線程池不再接受新的任務(wù)，但是能繼續(xù)處理提交到線程池中的任務(wù)。線程狀態(tài) RUNNING 的情況下調(diào)用 shutdown() 方法進(jìn)入該狀態(tài)。
3. STOP
停止?fàn)顟B(tài)，線程池不接受新的任務(wù)，也不處理阻塞隊(duì)列中的任務(wù)，同時(shí)會中斷正在執(zhí)行任務(wù)的線程。在線程處于 RUNNING 或者 SHUTDOWN 狀態(tài)下調(diào)用 shutdownNow() 方法進(jìn)入該狀態(tài)。
4. TIDYING
所有任務(wù)都銷毀了，workCount 為 0，會自動從 RUNNING 或者 STOP 狀態(tài)轉(zhuǎn)化為 TIDYING 狀態(tài)。在轉(zhuǎn)換過程中會調(diào)用 terminated() 方法，ThreadPoolExecutor 類的 ternimated() 方法為空，如果想在線程池變成 TIDYING 的時(shí)候有所處理，可以重載該方法。
線程池在 SHUTDOWN 狀態(tài)下，阻塞隊(duì)列為空并且執(zhí)行任務(wù)為空時(shí)轉(zhuǎn)換為 TIDYING 狀態(tài);線程池在 STOP 狀態(tài)下，執(zhí)行的任務(wù)為空時(shí)轉(zhuǎn)換為 TIDYING 狀態(tài)。
5. TERMINATED
結(jié)束狀態(tài)，線程池的最終狀態(tài)，該狀態(tài)的線程池不會再有任何操作。線程池執(zhí)行 terminated() 方法后處于該狀態(tài)。
JDK 四種線程池
了解 ThreaPoolExecutor 的基本原理后再來看看 JDK 在 Executors 中為開發(fā)人員定義的四個(gè)線程池工廠方法，其實(shí)它們內(nèi)部調(diào)用的是 ThreaPoolExecutor，只是使用了不同的參數(shù)，下面來了解下它們的特性。
newFixedThreadPool() 方法：該方法返回一個(gè)固定線程池?cái)?shù)量的線程，提交任務(wù)時(shí)如果線程池中有空閑線程，則立即執(zhí)行，沒有則新的任務(wù)會被緩存在一個(gè)任務(wù)隊(duì)列中，它創(chuàng)建線程池的代碼如下：
- public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nthread) {
- return new ThreadPoolExecutor(nthread,
- nthread,
- 0L,
- TimeUnit.MILLSECCONDS,
- new LikedBlockingQueue
()) - }
newSingleThreadExecutor() 方法：該方法返回只有一個(gè)線程的線程池，如果多余的任務(wù)提交到線程池，則被提交到任務(wù)隊(duì)列中。它創(chuàng)建線程池代碼如下：
- public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
- return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1,
- 1,
- 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
- new LinkedBlockingQueue
())); - }
newCachedThreadPool() 方法：該方法返回一個(gè)可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整線程數(shù)的線程池，它的核心線程數(shù)為 0 ，線程總數(shù)為 Integer.MAX_VALUE ，隊(duì)列采用的是 SynchronousQueue，這樣即使線程滿，任務(wù)也不能提交到隊(duì)列中。
- public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
- return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
- 60L, TimeUnit.SECONDS,
- new SynchronousQueue
()); - }
newScheduledThreadPool()：該方法一個(gè)固定長度的線程池，并且以延遲或者定時(shí)的方式去執(zhí)行任務(wù)。它的隊(duì)列使用 DelayedWorkQueue，所以任務(wù)必須繼承 Delay 接口。
- public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
- return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
- }
- public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
- super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
- new DelayedWorkQueue());
- }
本文題目：Java 并發(fā)之線程池
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