Java線程池使用說明java
線程的使用在java中佔有極其重要的地位，在jdk1.4極其以前的jdk版本中，關於線程池的使用是極其簡陋的。在jdk1.5以後這一狀況有了很大的改觀。Jdk1.5以後加入了java.util.concurrent包，這個包中主要介紹java中線程以及線程池的使用。爲咱們在開發中處理線程的問題提供了很是大的幫助。程序員
線程池的做用：數據庫
線程池做用就是限制系統中執行線程的數量。
根據系統的環境狀況，能夠自動或手動設置線程數量，達到運行的最佳效果；少了浪費了系統資源，多了形成系統擁擠效率不高。用線程池控制線程數量，其餘線程排隊等候。一個任務執行完畢，再從隊列的中取最前面的任務開始執行。若隊列中沒有等待進程，線程池的這一資源處於等待。當一個新任務須要運行時，若是線程池中有等待的工做線程，就能夠開始運行了；不然進入等待隊列。緩存
爲何要用線程池:服務器
1.減小了建立和銷燬線程的次數，每一個工做線程均可以被重複利用，可執行多個任務。多線程
2.能夠根據系統的承受能力，調整線程池中工做線線程的數目，防止由於消耗過多的內存，而把服務器累趴下(每一個線程須要大約1MB內存，線程開的越多，消耗的內存也就越大，最後死機)。ide
Java裏面線程池的頂級接口是Executor，可是嚴格意義上講Executor並非一個線程池，而只是一個執行線程的工具。真正的線程池接口是ExecutorService。工具
比較重要的幾個類：spa
| ExecutorService操作系統 |
真正的線程池接口。 |
| ScheduledExecutorService |
能和Timer/TimerTask相似，解決那些須要任務重複執行的問題。 |
| ThreadPoolExecutor |
ExecutorService的默認實現。 |
| ScheduledThreadPoolExecutor |
繼承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口實現，週期性任務調度的類實現。 |
要配置一個線程池是比較複雜的，尤爲是對於線程池的原理不是很清楚的狀況下，頗有可能配置的線程池不是較優的，所以在Executors類裏面提供了一些靜態工廠，生成一些經常使用的線程池。
1. newSingleThreadExecutor
建立一個單線程的線程池。這個線程池只有一個線程在工做，也就是至關於單線程串行執行全部任務。若是這個惟一的線程由於異常結束，那麼會有一個新的線程來替代它。此線程池保證全部任務的執行順序按照任務的提交順序執行。
2.newFixedThreadPool
建立固定大小的線程池。每次提交一個任務就建立一個線程，直到線程達到線程池的最大大小。線程池的大小一旦達到最大值就會保持不變，若是某個線程由於執行異常而結束，那麼線程池會補充一個新線程。
3. newCachedThreadPool
建立一個可緩存的線程池。若是線程池的大小超過了處理任務所須要的線程，
那麼就會回收部分空閒（60秒不執行任務）的線程，當任務數增長時，此線程池又能夠智能的添加新線程來處理任務。此線程池不會對線程池大小作限制，線程池大小徹底依賴於操做系統（或者說JVM）可以建立的最大線程大小。
4.newScheduledThreadPool
建立一個大小無限的線程池。此線程池支持定時以及週期性執行任務的需求。
實例
1：newSingleThreadExecutor
MyThread.java
| publicclassMyThread extends Thread { @Override publicvoid run() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在執行。。。"); } } |
TestSingleThreadExecutor.java
| publicclassTestSingleThreadExecutor { publicstaticvoid main(String[] args) { //建立一個可重用固定線程數的線程池 ExecutorService pool = Executors. newSingleThreadExecutor(); //建立實現了Runnable接口對象，Thread對象固然也實現了Runnable接口 Thread t1 = new MyThread(); Thread t2 = new MyThread(); Thread t3 = new MyThread(); Thread t4 = new MyThread(); Thread t5 = new MyThread(); //將線程放入池中進行執行 pool.execute(t1); pool.execute(t2); pool.execute(t3); pool.execute(t4); pool.execute(t5); //關閉線程池 pool.shutdown(); } } |
輸出結果
| pool-1-thread-1正在執行。。。 pool-1-thread-1正在執行。。。 pool-1-thread-1正在執行。。。 pool-1-thread-1正在執行。。。 pool-1-thread-1正在執行。。。 |
2newFixedThreadPool
TestFixedThreadPool.Java
| publicclass TestFixedThreadPool { publicstaticvoid main(String[] args) { //建立一個可重用固定線程數的線程池 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2); //建立實現了Runnable接口對象，Thread對象固然也實現了Runnable接口 Thread t1 = new MyThread(); Thread t2 = new MyThread(); Thread t3 = new MyThread(); Thread t4 = new MyThread(); Thread t5 = new MyThread(); //將線程放入池中進行執行 pool.execute(t1); pool.execute(t2); pool.execute(t3); pool.execute(t4); pool.execute(t5); //關閉線程池 pool.shutdown(); } } |
輸出結果
| pool-1-thread-1正在執行。。。 pool-1-thread-2正在執行。。。 pool-1-thread-1正在執行。。。 pool-1-thread-2正在執行。。。 pool-1-thread-1正在執行。。。 |
3 newCachedThreadPool
TestCachedThreadPool.java
| publicclass TestCachedThreadPool { publicstaticvoid main(String[] args) { //建立一個可重用固定線程數的線程池 ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool(); //建立實現了Runnable接口對象，Thread對象固然也實現了Runnable接口 Thread t1 = new MyThread(); Thread t2 = new MyThread(); Thread t3 = new MyThread(); Thread t4 = new MyThread(); Thread t5 = new MyThread(); //將線程放入池中進行執行 pool.execute(t1); pool.execute(t2); pool.execute(t3); pool.execute(t4); pool.execute(t5); //關閉線程池 pool.shutdown(); } } |
輸出結果：
| pool-1-thread-2正在執行。。。 pool-1-thread-4正在執行。。。 pool-1-thread-3正在執行。。。 pool-1-thread-1正在執行。。。 pool-1-thread-5正在執行。。。 |
4newScheduledThreadPool
TestScheduledThreadPoolExecutor.java
| publicclass TestScheduledThreadPoolExecutor { publicstaticvoid main(String[] args) { ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(1); exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段時間就觸發異常 @Override publicvoid run() { //throw new RuntimeException(); System.out.println("================"); } }, 1000, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS); exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段時間打印系統時間，證實二者是互不影響的 @Override publicvoid run() { System.out.println(System.nanoTime()); } }, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS); } } |
輸出結果
| ================ 8384644549516 8386643829034 8388643830710 ================ 8390643851383 8392643879319 8400643939383 |
ThreadPoolExecutor的完整構造方法的簽名是：ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) .
corePoolSize - 池中所保存的線程數，包括空閒線程。
maximumPoolSize-池中容許的最大線程數。
keepAliveTime - 當線程數大於核心時，此爲終止前多餘的空閒線程等待新任務的最長時間。
unit - keepAliveTime 參數的時間單位。
workQueue - 執行前用於保持任務的隊列。此隊列僅保持由 execute方法提交的 Runnable任務。
threadFactory - 執行程序建立新線程時使用的工廠。
handler - 因爲超出線程範圍和隊列容量而使執行被阻塞時所使用的處理程序。
ThreadPoolExecutor是Executors類的底層實現。
在JDK幫助文檔中，有如此一段話：
「強烈建議程序員使用較爲方便的Executors工廠方法Executors.newCachedThreadPool()（無界線程池，能夠進行自動線程回收）、Executors.newFixedThreadPool(int)（固定大小線程池）Executors.newSingleThreadExecutor()（單個後臺線程）
它們均爲大多數使用場景預約義了設置。」
下面介紹一下幾個類的源碼：
ExecutorService newFixedThreadPool (int nThreads):固定大小線程池。
能夠看到，corePoolSize和maximumPoolSize的大小是同樣的（實際上，後面會介紹，若是使用無界queue的話maximumPoolSize參數是沒有意義的），keepAliveTime和unit的設值表名什麼？-就是該實現不想keep alive！最後的BlockingQueue選擇了LinkedBlockingQueue，該queue有一個特色，他是無界的。
| 1. public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { 2. return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 3. 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, 4. new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); 5. } |
ExecutorService newSingleThreadExecutor()：單線程
| 1. public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { 2. return new FinalizableDelegatedExecutorService 3. (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 4. 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, 5. new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); 6. } |
ExecutorService newCachedThreadPool()：無界線程池，能夠進行自動線程回收
這個實現就有意思了。首先是無界的線程池，因此咱們能夠發現maximumPoolSize爲big big。其次BlockingQueue的選擇上使用SynchronousQueue。可能對於該BlockingQueue有些陌生，簡單說：該QUEUE中，每一個插入操做必須等待另外一個線程的對應移除操做。
| 1. public static ExecutorService newCachedThreadPool() { 2. return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 3. 60L, TimeUnit.SECONDS, 4. new SynchronousQueue<Runnable>());
|
先從BlockingQueue<Runnable> workQueue這個入參開始提及。在JDK中，其實已經說得很清楚了，一共有三種類型的queue。
全部BlockingQueue 均可用於傳輸和保持提交的任務。可使用此隊列與池大小進行交互：
若是運行的線程少於 corePoolSize，則 Executor始終首選添加新的線程，而不進行排隊。（若是當前運行的線程小於corePoolSize，則任務根本不會存放，添加到queue中，而是直接抄傢伙（thread）開始運行）
若是運行的線程等於或多於 corePoolSize，則 Executor始終首選將請求加入隊列，而不添加新的線程。
若是沒法將請求加入隊列，則建立新的線程，除非建立此線程超出 maximumPoolSize，在這種狀況下，任務將被拒絕。
queue上的三種類型。
排隊有三種通用策略：
直接提交。工做隊列的默認選項是 SynchronousQueue，它將任務直接提交給線程而不保持它們。在此，若是不存在可用於當即運行任務的線程，則試圖把任務加入隊列將失敗，所以會構造一個新的線程。此策略能夠避免在處理可能具備內部依賴性的請求集時出現鎖。直接提交一般要求無界 maximumPoolSizes 以免拒絕新提交的任務。當命令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時，此策略容許無界線程具備增加的可能性。
無界隊列。使用無界隊列（例如，不具備預約義容量的 LinkedBlockingQueue）將致使在全部corePoolSize 線程都忙時新任務在隊列中等待。這樣，建立的線程就不會超過 corePoolSize。（所以，maximumPoolSize的值也就無效了。）當每一個任務徹底獨立於其餘任務，即任務執行互不影響時，適合於使用無界隊列；例如，在 Web頁服務器中。這種排隊可用於處理瞬態突發請求，當命令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時，此策略容許無界線程具備增加的可能性。
有界隊列。當使用有限的 maximumPoolSizes時，有界隊列（如 ArrayBlockingQueue）有助於防止資源耗盡，可是可能較難調整和控制。隊列大小和最大池大小可能須要相互折衷：使用大型隊列和小型池能夠最大限度地下降 CPU 使用率、操做系統資源和上下文切換開銷，可是可能致使人工下降吞吐量。若是任務頻繁阻塞（例如，若是它們是 I/O邊界），則系統可能爲超過您許可的更多線程安排時間。使用小型隊列一般要求較大的池大小，CPU使用率較高，可是可能遇到不可接受的調度開銷，這樣也會下降吞吐量。
BlockingQueue的選擇。
例子一：使用直接提交策略，也即SynchronousQueue。
首先SynchronousQueue是無界的，也就是說他存數任務的能力是沒有限制的，可是因爲該Queue自己的特性，在某次添加元素後必須等待其餘線程取走後才能繼續添加。在這裏不是核心線程即是新建立的線程，可是咱們試想同樣下，下面的場景。
咱們使用一下參數構造ThreadPoolExecutor：
1. new ThreadPoolExecutor(
2. 2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,
3. new SynchronousQueue<Runnable>(),
4. new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
new ThreadPoolExecutor(
2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>(),
new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
當核心線程已經有2個正在運行.
因此在使用SynchronousQueue一般要求maximumPoolSize是無界的，這樣就能夠避免上述狀況發生（若是但願限制就直接使用有界隊列）。對於使用SynchronousQueue的做用jdk中寫的很清楚：此策略能夠避免在處理可能具備內部依賴性的請求集時出現鎖。
什麼意思？若是你的任務A1，A2有內部關聯，A1須要先運行，那麼先提交A1，再提交A2，當使用SynchronousQueue咱們能夠保證，A1一定先被執行，在A1麼有被執行前，A2不可能添加入queue中。
例子二：使用無界隊列策略，即LinkedBlockingQueue
這個就拿newFixedThreadPool來講，根據前文提到的規則：
若是運行的線程少於 corePoolSize，則 Executor 始終首選添加新的線程，而不進行排隊。那麼當任務繼續增長，會發生什麼呢？
若是運行的線程等於或多於 corePoolSize，則 Executor 始終首選將請求加入隊列，而不添加新的線程。OK，此時任務變加入隊列之中了，那何時纔會添加新線程呢？
若是沒法將請求加入隊列，則建立新的線程，除非建立此線程超出 maximumPoolSize，在這種狀況下，任務將被拒絕。這裏就頗有意思了，可能會出現沒法加入隊列嗎？不像SynchronousQueue那樣有其自身的特色，對於無界隊列來講，老是能夠加入的（資源耗盡，固然另當別論）。換句說，永遠也不會觸發產生新的線程！corePoolSize大小的線程數會一直運行，忙完當前的，就從隊列中拿任務開始運行。因此要防止任務瘋長，好比任務運行的實行比較長，而添加任務的速度遠遠超過處理任務的時間，並且還不斷增長，不一下子就爆了。
例子三：有界隊列，使用ArrayBlockingQueue。
這個是最爲複雜的使用，因此JDK不推薦使用也有些道理。與上面的相比，最大的特色即是能夠防止資源耗盡的狀況發生。
舉例來講，請看以下構造方法：
1. new ThreadPoolExecutor(
2. 2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,
3. new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),
4. new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
5. new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
new ThreadPoolExecutor(
2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),
new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
假設，全部的任務都永遠沒法執行完。
對於首先來的A,B來講直接運行，接下來，若是來了C,D，他們會被放到queue中，若是接下來再來E,F，則增長線程運行E，F。可是若是再來任務，隊列沒法再接受了，線程數也到達最大的限制了，因此就會使用拒絕策略來處理。
keepAliveTime
jdk中的解釋是：當線程數大於核心時，此爲終止前多餘的空閒線程等待新任務的最長時間。
有點拗口，其實這個不難理解，在使用了「池」的應用中，大多都有相似的參數須要配置。好比數據庫鏈接池，DBCP中的maxIdle，minIdle參數。
什麼意思？接着上面的解釋，後來向老闆派來的工人始終是「借來的」，俗話說「有借就有還」，但這裏的問題就是何時還了，若是借來的工人剛完成一個任務就還回去，後來發現任務還有，那豈不是又要去借？這一來一往，老闆確定頭也大死了。
合理的策略：既然借了，那就多借一下子。直到「某一段」時間後，發現再也用不到這些工人時，即可以還回去了。這裏的某一段時間即是keepAliveTime的含義，TimeUnit爲keepAliveTime值的度量。
RejectedExecutionHandler
另外一種狀況即是，即便向老闆借了工人，可是任務仍是繼續過來，仍是忙不過來，這時整個隊伍只好拒絕接受了。
RejectedExecutionHandler接口提供了對於拒絕任務的處理的自定方法的機會。在ThreadPoolExecutor中已經默認包含了4中策略，由於源碼很是簡單，這裏直接貼出來。
CallerRunsPolicy：線程調用運行該任務的 execute 自己。此策略提供簡單的反饋控制機制，可以減緩新任務的提交速度。
1. public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
2. if (!e.isShutdown()) {
3. r.run();
4. }
5. }
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
if (!e.isShutdown()) {
r.run();
}
}
這個策略顯然不想放棄執行任務。可是因爲池中已經沒有任何資源了，那麼就直接使用調用該execute的線程自己來執行。
AbortPolicy：處理程序遭到拒絕將拋出運行時RejectedExecutionException
1. public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
2. throw new RejectedExecutionException();
3. }
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
throw new RejectedExecutionException();
}
這種策略直接拋出異常，丟棄任務。
DiscardPolicy：不能執行的任務將被刪除
1. public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
2. }
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
}
這種策略和AbortPolicy幾乎同樣，也是丟棄任務，只不過他不拋出異常。
DiscardOldestPolicy：若是執行程序還沒有關閉，則位於工做隊列頭部的任務將被刪除，而後重試執行程序（若是再次失敗，則重複此過程）
1. public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
2. if (!e.isShutdown()) {
3. e.getQueue().poll();
4. e.execute(r);
5. }
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
if (!e.isShutdown()) {
e.getQueue().poll();
e.execute(r);
}
}
該策略就稍微複雜一些，在pool沒有關閉的前提下首先丟掉緩存在隊列中的最先的任務，而後從新嘗試運行該任務。這個策略須要適當當心。
設想:若是其餘線程都還在運行，那麼新來任務踢掉舊任務，緩存在queue中，再來一個任務又會踢掉queue中最老任務。
總結：
keepAliveTime和maximumPoolSize及BlockingQueue的類型均有關係。若是BlockingQueue是無界的，那麼永遠不會觸發maximumPoolSize，天然keepAliveTime也就沒有了意義。
反之，若是核心數較小，有界BlockingQueue數值又較小，同時keepAliveTime又設的很小，若是任務頻繁，那麼系統就會頻繁的申請回收線程。
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public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}