线程池使用

线程池的创建方法总共有 7 种，但总体来说可分为 2 类：

  1. 一类是通过 ThreadPoolExecutor 创建的线程池；
  2. 另一个类是通过 Executors 创建的线程池。

在这里插入图片描述
线程池的创建方式总共包含以下 7 种（其中 6 种是通过 Executors 创建的，1 种是通过 ThreadPoolExecutor 创建的）：

  1. Executors.newFixedThreadPool：创建一个固定大小的线程池，可控制并发的线程数，超出的线程会在队列中等待；
  2. Executors.newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池，若线程数超过处理所需，缓存一段时间后会回收，若线程数不够，则新建线程；
  3. Executors.newSingleThreadExecutor：创建单个线程数的线程池，它可以保证先进先出的执行顺序；
  4. Executors.newScheduledThreadPool：创建一个可以执行延迟任务的线程池；
  5. Executors.newSingleThreadScheduledExecutor：创建一个单线程的可以执行延迟任务的线程池；
  6. Executors.newWorkStealingPool：创建一个抢占式执行的线程池（任务执行顺序不确定）【JDK 1.8 添加】。
  7. ThreadPoolExecutor：最原始的创建线程池的方式，它包含了 7 个参数可供设置，后面会详细讲。

单线程池的意义

从以上代码可以看出 newSingleThreadExecutor 和 newSingleThreadScheduledExecutor 创建的都是单线程池，那么单线程池的意义是什么呢？

虽然是单线程池，但提供了工作队列，生命周期管理，工作线程维护等功能。

FixedThreadPool

创建一个固定大小的线程池，可控制并发的线程数，超出的线程会在队列中等待。

public static void fixedThreadPool() {
    // 创建 2 个数据级的线程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

    // 创建任务
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("任务被执行,线程:" + Thread.currentThread().getName());
        }
    };

    // 线程池执行任务(一次添加 4 个任务)
    // 执行任务的方法有两种:submit 和 execute
    threadPool.submit(runnable);  // 执行方式 1:submit
    threadPool.execute(runnable); // 执行方式 2:execute
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
}

简化如下：

public static void fixedThreadPool() {
    // 创建线程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
    // 执行任务
    threadPool.execute(() -> {
        System.out.println("任务被执行,线程:" + Thread.currentThread().getName());
    });
}

CachedThreadPool

创建一个可缓存的线程池，若线程数超过处理所需，缓存一段时间后会回收，若线程数不够，则新建线程。

public static void cachedThreadPool() {
    // 创建线程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
    // 执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        threadPool.execute(() -> {
            System.out.println("任务被执行,线程:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        });
    }
}

线程池创建了 10 个线程来执行相应的任务

SingleThreadExecutor

创建单个线程数的线程池，它可以保证先进先出的执行顺序。

public static void singleThreadExecutor() {
    // 创建线程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
    // 执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        final int index = i;
        threadPool.execute(() -> {
            System.out.println(index + ":任务被执行");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        });
    }
}

ScheduledThreadPool

创建一个可以执行延迟任务的线程池。

public static void scheduledThreadPool() {
    // 创建线程池
    ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
    // 添加定时执行任务(1s 后执行)
    System.out.println("添加任务,时间:" + new Date());
    threadPool.schedule(() -> {
        System.out.println("任务被执行,时间:" + new Date());
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }, 1, TimeUnit.SECONDS);
}

任务在 1 秒之后被执行

SingleThreadScheduledExecutor

创建一个单线程的可以执行延迟任务的线程池。

public static void SingleThreadScheduledExecutor() {
    // 创建线程池
    ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
    // 添加定时执行任务(2s 后执行)
    System.out.println("添加任务,时间:" + new Date());
    threadPool.schedule(() -> {
        System.out.println("任务被执行,时间:" + new Date());
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }, 2, TimeUnit.SECONDS);
}

任务在 2 秒之后被执行

newWorkStealingPool

创建一个抢占式执行的线程池（任务执行顺序不确定），注意此方法只有在 JDK 1.8+ 版本中才能使用

public static void workStealingPool() {
    // 创建线程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newWorkStealingPool();
    // 执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        final int index = i;
        threadPool.execute(() -> {
            System.out.println(index + " 被执行,线程名:" + Thread.currentThread().getName());
        });
    }
    // 确保任务执行完成
    while (!threadPool.isTerminated()) {
    }
}

任务的执行顺序是不确定的，因为它是抢占式执行的

ThreadPoolExecutor

最原始的创建线程池的方式，它包含了 7 个参数可供设置

public static void myThreadPoolExecutor() {
    // 创建线程池
    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
    // 执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        final int index = i;
        threadPool.execute(() -> {
            System.out.println(index + " 被执行,线程名:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

ThreadPoolExecutor 参数介绍

ThreadPoolExecutor 最多可以设置 7 个参数：

 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                           int maximumPoolSize,
                           long keepAliveTime,
                           TimeUnit unit,
                           BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                           ThreadFactory threadFactory,
                           RejectedExecutionHandler handler) {
     // 省略...
 }

7 个参数代表的含义如下：

  • 参数 1：corePoolSize
    核心线程数，线程池中始终存活的线程数。

  • 参数 2：maximumPoolSize
    最大线程数，线程池中允许的最大线程数，当线程池的任务队列满了之后可以创建的最大线程数。

  • 参数 3：keepAliveTime
    最大线程数可以存活的时间，当线程中没有任务执行时，最大线程就会销毁一部分，最终保持核心线程数量的线程。

  • 参数 4：unit:
    单位是和参数 3 存活时间配合使用的，合在一起用于设定线程的存活时间 ，参数 keepAliveTime 的时间单位有以下 7 种可选：

    • TimeUnit.DAYS：天
    • TimeUnit.HOURS：小时
    • TimeUnit.MINUTES：分
    • TimeUnit.SECONDS：秒
    • TimeUnit.MILLISECONDS：毫秒
    • TimeUnit.MICROSECONDS：微妙
    • TimeUnit.NANOSECONDS：纳秒

  • 参数 5：workQueue
    一个阻塞队列，用来存储线程池等待执行的任务，均为线程安全，它包含以下 7 种类型：

    • ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
    • LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
    • SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列，即直接提交给线程不保持它们。
    • PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
    • DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素。
    • LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。与SynchronousQueue类似，还含有非阻塞方法。
    • LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。
      较常用的是 LinkedBlockingQueue 和 Synchronous，线程池的排队策略与 BlockingQueue 有关。

  • 参数 6：threadFactory
    线程工厂，主要用来创建线程，默认为正常优先级、非守护线程。

  • 参数 7：handler
    拒绝策略，拒绝处理任务时的策略，系统提供了 4 种可选：

    • AbortPolicy：拒绝并抛出异常。
    • CallerRunsPolicy：使用当前调用的线程来执行此任务。
    • DiscardOldestPolicy：抛弃队列头部（最旧）的一个任务，并执行当前任务。
    • DiscardPolicy：忽略并抛弃当前任务。
      默认策略为 AbortPolicy。

线程池的执行流程

ThreadPoolExecutor 关键节点的执行流程如下：

  • 当线程数小于核心线程数时，创建线程。
  • 当线程数大于等于核心线程数，且任务队列未满时，将任务放入任务队列。
  • 当线程数大于等于核心线程数，且任务队列已满：若线程数小于最大线程数，创建线程；若线程数等于最大线程数，抛出异常，拒绝任务。

线程池的执行流程如下图所示：
在这里插入图片描述

线程拒绝策略

演示一下 ThreadPoolExecutor 拒绝策略的触发，使用 DiscardPolicy 的拒绝策略，它会忽略并抛弃当前任务的策略，代码如下：

public static void main(String[] args) {
    // 任务的具体方法
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("当前任务被执行,执行时间:" + new Date() +
                               " 执行线程:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                // 等待 1s
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    };
    // 创建线程,线程的任务队列的长度为 1
    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                                           100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1),
                                                           new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
    // 添加并执行 4 个任务
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
}

创建了一个核心线程数和最大线程数都为 1 的线程池，并且给线程池的任务队列设置为 1，这样当我们有 2 个以上的任务时就会触发拒绝策略，执行的结果如下图所示
在这里插入图片描述

从上述结果可以看出只有两个任务被正确执行了，其他多余的任务就被舍弃并忽略了。其他拒绝策略的使用类似

自定义拒绝策略

除了 Java 自身提供的 4 种拒绝策略之外，我们也可以自定义拒绝策略，示例代码如下：

public static void main(String[] args) {
    // 任务的具体方法
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("当前任务被执行,执行时间:" + new Date() +
                               " 执行线程:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                // 等待 1s
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    };
    // 创建线程,线程的任务队列的长度为 1
    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                                           100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1),
                                                           new RejectedExecutionHandler() {
                                                               @Override
                                                               public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
                                                                   // 执行自定义拒绝策略的相关操作
                                                                   System.out.println("我是自定义拒绝策略~");
                                                               }
                                                           });
    // 添加并执行 4 个任务
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
}

执行结果如下
在这里插入图片描述

究竟选用哪种线程池？

我们来看下阿里巴巴《Java开发手册》给我们的答案：

【强制要求】线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

说明：Executors 返回的线程池对象的弊端如下：
1） FixedThreadPool 和 SingleThreadPool：允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。
2）CachedThreadPool：允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

所以综上情况所述，我们推荐使用 ThreadPoolExecutor 的方式进行线程池的创建，因为这种创建方式更可控，并且更加明确了线程池的运行规则，可以规避一些未知的风险。

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