Java并发编程:线程池
2017-07-03 17:43
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ThreadPoolExecutor
深入分析java线程池的实现原理
在前面的文章中,我们使用线程的时候就去创建一个线程,这样实现起来非常简便,但是就会有一个问题:
如果并发的线程数量很多,并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了,这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率,因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。
那么有没有一种办法使得线程可以复用,就是执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务?
在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。今天我们就来详细讲解一下Java的线程池,首先我们从最核心的ThreadPoolExecutor类中的方法讲起,然后再讲述它的实现原理,接着给出了它的使用示例,最后讨论了一下如何合理配置线程池的大小。
线程池的作用就2个:
1、减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务
2、可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线程的数据,防止因为消耗过多的内存导致服务器崩溃
ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类,并提供了四个构造器,事实上,通过观察每个构造器的源码具体实现,发现前面三个构造器都是调用的第四个构造器进行的初始化工作。
corePoolSize:核心池的大小,这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后,默认情况下,线程池中并没有任何线程,而是等待有任务到来才创建线程去执行任务,除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法,从这2个方法的名字就可以看出,是预创建线程的意思,即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下,在创建了线程池后,线程池中的线程数为0,当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中;
maximumPoolSize:线程池最大线程数,这个参数也是一个非常重要的参数,它表示在线程池中最多能创建多少个线程;当任务数量比corePoolSize大时,任务添加到workQueue,当workQueue满了,将继续创建线程以处理任务,maximumPoolSize表示的就是wordQueue满了,线程池中最多可以创建的线程数量;
keepAliveTime:表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下,只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime才会起作用,直到线程池中的线程数不大于corePoolSize,即当线程池中的线程数大于corePoolSize时,如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime,则会终止,直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法,在线程池中的线程数不大于corePoolSize时,keepAliveTime参数也会起作用,直到线程池中的线程数为0;
unit:参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性:
workQueue:一个阻塞队列,用来存储等待执行的任务,这个参数的选择也很重要,会对线程池的运行过程产生重大影响,一般来说,这里的阻塞队列有以下几种选择:
ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue使用较少,一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。
- threadFactory:线程工厂,主要用来创建线程;
- handler:表示当拒绝处理任务时的策略(线程数大于等于maximumPoolSize,新任务被拒绝),有以下四种取值:
1、池中线程数小于corePoolSize,新任务都不排队而是直接添加新线程
2、池中线程数大于等于corePoolSize,workQueue未满,首选将新任务加入workQueue而不是添加新线程
3、池中线程数大于等于corePoolSize,workQueue已满,但是线程数小于maximumPoolSize,添加新的线程来处理此刻被添加的任务
4、池中线程数大于corePoolSize,workQueue已满,并且线程数大于等于maximumPoolSize,新任务被拒绝,使用handler处理被拒绝的任务
运行一下,我这里第一段代码使用了线程池的时间是194ms,第二段代码不使用线程池的时间是2043ms。这里默认的线程池中的线程数是100,如果把这个数量减小,虽然系统的处理数据能力变弱了,但是速度却更快了。当然这个例子很简单,但也足够说明问题了。
ThreadPoolExecutor的使用很简单,前面的代码也写过例子了。通过execute(Runnable command)方法来发起一个任务的执行,通过shutDown()方法来对已经提交的任务做一个有效的关闭。尽管线程池很好,但我们要注意JDK API的一段话:
强烈建议程序员使用较为方便的Executors工厂方法Executors.newCachedThreadPool()(无界线程池,可以进行线程自动回收)、Executors.newFixedThreadPool(int)(固定大小线程池)和Executors.newSingleThreadExecutor()(单个后台线程),它们均为大多数使用场景预定义了设置。
所以,跳开对ThreadPoolExecutor的关注(还是那句话,有问题查询JDK API),重点关注一下JDK推荐的Executors。
单线程线程池,那么线程池中运行的线程数肯定是1。workQueue选择了无界的LinkedBlockingQueue,那么不管来多少任务都排队,前面一个任务执行完毕,再执行队列中的线程。从这个角度讲,第二个参数maximumPoolSize是没有意义的,因为maximumPoolSize描述的是排队的任务多过workQueue的容量,线程池中最多只能容纳maximumPoolSize个任务,现在workQueue是无界的,也就是说排队的任务永远不会多过workQueue的容量,那maximum其实设置多少都无所谓了
固定大小的线程池和单线程的线程池异曲同工,无非是让线程池中能运行的线程编程了手动指定的nThreads罢了。同样,由于是选择了LinkedBlockingQueue,因此其实第二个参数maximumPoolSize同样也是无意义的
无界线程池,意思是不管多少任务提交进来,都直接运行。无界线程池采用了SynchronousQueue,采用这个线程池就没有workQueue容量一说了,只要添加进去的线程就会被拿去用。既然是无界线程池,那线程数肯定没上限,所以以maximumPoolSize为主了,设置为一个近似的无限大Integer.MAX_VALUE。 另外注意一下,单线程线程池和固定大小线程池线程都不会进行自动回收的,也即是说保证提交进来的任务最终都会被处理,但至于什么时候处理,就要看处理能力了。但是无界线程池是设置了回收时间的,由于corePoolSize为0,所以只要60秒没有被用到的线程都会被直接移除。
排队有三种策略:直接提交、有界队列、无界队列。
谈谈后两种,JDK使用了无界队列LinkedBlockingQueue作为WorkQueue而不是有界队列ArrayBlockingQueue,尽管后者可以对资源进行控制,但是个人认为,使用有界队列相比无界队列有三个缺点:
1、使用有界队列,corePoolSize、maximumPoolSize两个参数势必要根据实际场景不断调整以求达到一个最佳,这势必给开发带来极大的麻烦,必须经过大量的性能测试。所以干脆就使用无界队列,任务永远添加到队列中,不会溢出,自然maximumPoolSize也没什么用了,只需要根据系统处理能力调整corePoolSize就可以了
2、防止业务突刺。尤其是在Web应用中,某些时候突然大量请求的到来都是很正常的。这时候使用无界队列,不管早晚,至少保证所有任务都能被处理到。但是使用有界队列呢?那些超出maximumPoolSize的任务直接被丢掉了,处理地慢还可以忍受,但是任务直接就不处理了,这似乎有些糟糕
3、不仅仅是corePoolSize和maximumPoolSize需要相互调整,有界队列的队列大小和maximumPoolSize也需要相互折衷,这也是一块比较难以控制和调整的方面
当然,最后还是那句话,就像Comparable和Comparator的对比、synchronized和ReentrantLock,再到这里的无界队列和有界队列的对比,看似都有一个的优点稍微突出一些,但是这绝不是鼓励大家使用一个而不使用另一个,任何东西都需要根据实际情况来,当然在一开始的时候可以重点考虑那些看上去优点明显一点的
AbstractExecutorService是一个抽象类,它实现了ExecutorService接口。
而ExecutorService又是继承了Executor接口,我们看一下Executor接口的实现:
类继承结构:
Executor是一个顶层接口,在它里面只声明了一个方法execute(Runnable),返回值为void,参数为Runnable类型,从字面意思可以理解,就是用来执行传进去的任务的;
然后ExecutorService接口继承了Executor接口,并声明了一些方法:submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等;
抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口,基本实现了ExecutorService中声明的所有方法;
然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。
在ThreadPoolExecutor类中有几个非常重要的方法:
execute()方法实际上是Executor中声明的方法,在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现,这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法,通过这个方法可以向线程池提交一个任务,交由线程池去执行。
submit()方法是在ExecutorService中声明的方法,在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现,在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写,这个方法也是用来向线程池提交任务的,但是它和execute()方法不同,它能够返回任务执行的结果,去看submit()方法的实现,会发现它实际上还是调用的execute()方法,只不过它利用了Future来获取任务执行结果(Future相关内容将在下一篇讲述)。
shutdown()和shutdownNow()是用来关闭线程池的。
http://blog.csdn.net/u012168222/article/details/52790400
还有很多其他的方法:
比如:getQueue() 、getPoolSize() 、getActiveCount()、getCompletedTaskCount()等获取与线程池相关属性的方法,有兴趣的朋友可以自行查阅API。
2.任务的执行
3.线程池中的线程初始化
4.任务缓存队列及排队策略
5.任务拒绝策略
6.线程池的关闭
7.线程池容量的动态调整
runState表示当前线程池的状态,它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性;
下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。
当创建线程池后,初始时,线程池处于RUNNING状态;
如果调用了shutdown()方法,则线程池处于SHUTDOWN状态,此时线程池不能够接受新的任务,它会等待所有任务执行完毕;
如果调用了shutdownNow()方法,则线程池处于STOP状态,此时线程池不能接受新的任务,并且会去尝试终止正在执行的任务;
当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态,并且所有工作线程已经销毁,任务缓存队列已经清空或执行结束后,线程池被设置为TERMINATED状态。
如果当前线程池中的线程数目>=corePoolSize,则每来一个任务,会尝试将其添加到任务缓存队列当中,若添加成功,则该任务会等待空闲线程将其取出去执行;若添加失败(一般来说是任务缓存队列已满),则会尝试创建新的线程去执行这个任务;
如果当前线程池中的线程数目达到maximumPoolSize,则会采取任务拒绝策略进行处理;
如果线程池中的线程数量大于 corePoolSize时,如果某线程空闲时间超过keepAliveTime,线程将被终止,直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize;如果允许为核心池中的线程设置存活时间,那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime,线程也会被终止。
每个变量的作用都已经标明出来了,这里要重点解释一下corePoolSize、maximumPoolSize、largestPoolSize三个变量。
corePoolSize在很多地方被翻译成核心池大小,其实我的理解这个就是线程池的大小。举个简单的例子:
假如有一个工厂,工厂里面有10个工人,每个工人同时只能做一件任务。
因此只要当10个工人中有工人是空闲的,来了任务就分配给空闲的工人做;
当10个工人都有任务在做时,如果还来了任务,就把任务进行排队等待;
如果说新任务数目增长的速度远远大于工人做任务的速度,那么此时工厂主管可能会想补救措施,比如重新招4个临时工人进来;
然后就将任务也分配给这4个临时工人做;
如果说着14个工人做任务的速度还是不够,此时工厂主管可能就要考虑不再接收新的任务或者抛弃前面的一些任务了。
当这14个工人当中有人空闲时,而新任务增长的速度又比较缓慢,工厂主管可能就考虑辞掉4个临时工了,只保持原来的10个工人,毕竟请额外的工人是要花钱的。
这个例子中的corePoolSize就是10,而maximumPoolSize就是14(10+4)。
也就是说corePoolSize就是线程池大小,maximumPoolSize在我看来是线程池的一种补救措施,即任务量突然过大时的一种补救措施。
不过为了方便理解,在本文后面还是将corePoolSize翻译成核心池大小。
largestPoolSize只是一个用来起记录作用的变量,用来记录线程池中曾经有过的最大线程数目,跟线程池的容量没有任何关系。
在ThreadPoolExecutor类中,最核心的任务提交方法是execute()方法,虽然通过submit也可以提交任务,但是实际上submit方法里面最终调用的还是execute()方法,所以我们只需要研究execute()方法的实现原理即可:
在实际中如果需要线程池创建之后立即创建线程,可以通过以下两个方法办到:
prestartCoreThread():初始化一个核心线程;
prestartAllCoreThreads():初始化所有核心线程
注意上面传进去的参数是null,根据第2小节的分析可知如果传进去的参数为null,则最后执行线程会阻塞在getTask方法中的
即等待任务队列中有任务。
1)ArrayBlockingQueue:基于数组的先进先出队列,此队列创建时必须指定大小;
2)LinkedBlockingQueue:基于链表的先进先出队列,如果创建时没有指定此队列大小,则默认为Integer.MAX_VALUE;
3)synchronousQueue:这个队列比较特殊,它不会保存提交的任务,而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。
shutdown():不会立即终止线程池,而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止,但再也不会接受新的任务
shutdownNow():立即终止线程池,并尝试打断正在执行的任务,并且清空任务缓存队列,返回尚未执行的任务
当线程池中线程的数目大于5时,便将任务放入任务缓存队列里面,当任务缓存队列满了之后,便创建新的线程。如果上面程序中,将for循环中改成执行20个任务,就会抛出任务拒绝异常了。
不过在java doc中,并不提倡我们直接使用ThreadPoolExecutor,而是使用Executors类中提供的几个静态方法来创建线程池:
实际中,如果Executors提供的三个静态方法能满足要求,就尽量使用它提供的三个方法,因为自己去手动配置ThreadPoolExecutor的参数有点麻烦,要根据实际任务的类型和数量来进行配置。
另外,如果ThreadPoolExecutor达不到要求,可以自己继承ThreadPoolExecutor类进行重写。
深入分析java线程池的实现原理
在前面的文章中,我们使用线程的时候就去创建一个线程,这样实现起来非常简便,但是就会有一个问题:
如果并发的线程数量很多,并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了,这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率,因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。
那么有没有一种办法使得线程可以复用,就是执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务?
在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。今天我们就来详细讲解一下Java的线程池,首先我们从最核心的ThreadPoolExecutor类中的方法讲起,然后再讲述它的实现原理,接着给出了它的使用示例,最后讨论了一下如何合理配置线程池的大小。
线程池的作用就2个:
1、减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务
2、可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线程的数据,防止因为消耗过多的内存导致服务器崩溃
一、Java中的ThreadPoolExecutor类
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService { ..... public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue); public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory); public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler); public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler); ... }
ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类,并提供了四个构造器,事实上,通过观察每个构造器的源码具体实现,发现前面三个构造器都是调用的第四个构造器进行的初始化工作。
corePoolSize:核心池的大小,这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后,默认情况下,线程池中并没有任何线程,而是等待有任务到来才创建线程去执行任务,除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法,从这2个方法的名字就可以看出,是预创建线程的意思,即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下,在创建了线程池后,线程池中的线程数为0,当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中;
maximumPoolSize:线程池最大线程数,这个参数也是一个非常重要的参数,它表示在线程池中最多能创建多少个线程;当任务数量比corePoolSize大时,任务添加到workQueue,当workQueue满了,将继续创建线程以处理任务,maximumPoolSize表示的就是wordQueue满了,线程池中最多可以创建的线程数量;
keepAliveTime:表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下,只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime才会起作用,直到线程池中的线程数不大于corePoolSize,即当线程池中的线程数大于corePoolSize时,如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime,则会终止,直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法,在线程池中的线程数不大于corePoolSize时,keepAliveTime参数也会起作用,直到线程池中的线程数为0;
unit:参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性:
TimeUnit.DAYS; //天 TimeUnit.HOURS; //小时 TimeUnit.MINUTES; //分钟 TimeUnit.SECONDS; //秒 TimeUnit.MILLISECONDS; //毫秒 TimeUnit.MICROSECONDS; //微妙 TimeUnit.NANOSECONDS; //纳秒
workQueue:一个阻塞队列,用来存储等待执行的任务,这个参数的选择也很重要,会对线程池的运行过程产生重大影响,一般来说,这里的阻塞队列有以下几种选择:
ArrayBlockingQueue; LinkedBlockingQueue; SynchronousQueue;
ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue使用较少,一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。
- threadFactory:线程工厂,主要用来创建线程;
- handler:表示当拒绝处理任务时的策略(线程数大于等于maximumPoolSize,新任务被拒绝),有以下四种取值:
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。 ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:也是丢弃任务,但是不抛出异常。 ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:丢弃队列最前面的任务,然后重新尝试执行任务(重复此过程);同样,如果线程池已经被关闭了,任务就被丢弃了 ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务。尝试直接运行被拒绝的任务,如果线程池已经被关闭了,任务就被丢弃了
corePoolSize与maximumPoolSize举例理解
这里要特别再举例以四条规则解释一下这两个参数:1、池中线程数小于corePoolSize,新任务都不排队而是直接添加新线程
2、池中线程数大于等于corePoolSize,workQueue未满,首选将新任务加入workQueue而不是添加新线程
3、池中线程数大于等于corePoolSize,workQueue已满,但是线程数小于maximumPoolSize,添加新的线程来处理此刻被添加的任务
4、池中线程数大于corePoolSize,workQueue已满,并且线程数大于等于maximumPoolSize,新任务被拒绝,使用handler处理被拒绝的任务
线程池的使用
public static void main(String[] args) { long startTime = System.currentTimeMillis(); final List<Integer> l = new LinkedList<Integer>(); ThreadPoolExecutor tp = new ThreadPoolExecutor(100, 100, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(20000)); final Random random = new Random(); for (int i = 0; i < 20000; i++) { tp.execute(new Runnable() { public void run() { synchronized (l) { l.add(random.nextInt()); } // l.add(random.nextInt()); } }); } tp.shutdown(); try { tp.awaitTermination(1, TimeUnit.DAYS); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println(System.currentTimeMillis() - startTime); System.out.println(l.size()); }
public static void main(String[] args) { long startTime = System.currentTimeMillis(); final List<Integer> l = new LinkedList<Integer>(); final Random random = new Random(); for (int i = 0; i < 20000; i++) { Thread thread = new Thread() { public void run() { l.add(random.nextInt()); } }; thread.start(); try { thread.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } System.out.println(System.currentTimeMillis() - startTime); System.out.println(l.size()); }
运行一下,我这里第一段代码使用了线程池的时间是194ms,第二段代码不使用线程池的时间是2043ms。这里默认的线程池中的线程数是100,如果把这个数量减小,虽然系统的处理数据能力变弱了,但是速度却更快了。当然这个例子很简单,但也足够说明问题了。
ThreadPoolExecutor的使用很简单,前面的代码也写过例子了。通过execute(Runnable command)方法来发起一个任务的执行,通过shutDown()方法来对已经提交的任务做一个有效的关闭。尽管线程池很好,但我们要注意JDK API的一段话:
强烈建议程序员使用较为方便的Executors工厂方法Executors.newCachedThreadPool()(无界线程池,可以进行线程自动回收)、Executors.newFixedThreadPool(int)(固定大小线程池)和Executors.newSingleThreadExecutor()(单个后台线程),它们均为大多数使用场景预定义了设置。
所以,跳开对ThreadPoolExecutor的关注(还是那句话,有问题查询JDK API),重点关注一下JDK推荐的Executors。
Executors
1、newSingleThreadExecutos() 单线程线程池
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); }
单线程线程池,那么线程池中运行的线程数肯定是1。workQueue选择了无界的LinkedBlockingQueue,那么不管来多少任务都排队,前面一个任务执行完毕,再执行队列中的线程。从这个角度讲,第二个参数maximumPoolSize是没有意义的,因为maximumPoolSize描述的是排队的任务多过workQueue的容量,线程池中最多只能容纳maximumPoolSize个任务,现在workQueue是无界的,也就是说排队的任务永远不会多过workQueue的容量,那maximum其实设置多少都无所谓了
2、newFixedThreadPool(int nThreads) 固定大小线程池
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); }
固定大小的线程池和单线程的线程池异曲同工,无非是让线程池中能运行的线程编程了手动指定的nThreads罢了。同样,由于是选择了LinkedBlockingQueue,因此其实第二个参数maximumPoolSize同样也是无意义的
3、newCachedThreadPool() 无界线程池
public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); }
无界线程池,意思是不管多少任务提交进来,都直接运行。无界线程池采用了SynchronousQueue,采用这个线程池就没有workQueue容量一说了,只要添加进去的线程就会被拿去用。既然是无界线程池,那线程数肯定没上限,所以以maximumPoolSize为主了,设置为一个近似的无限大Integer.MAX_VALUE。 另外注意一下,单线程线程池和固定大小线程池线程都不会进行自动回收的,也即是说保证提交进来的任务最终都会被处理,但至于什么时候处理,就要看处理能力了。但是无界线程池是设置了回收时间的,由于corePoolSize为0,所以只要60秒没有被用到的线程都会被直接移除。
workQueue
上面三种线程池都提到了一个概念,workQueue,也就是排队策略。排队策略描述的是,当前线程大于corePoolSize时,线程以什么样的方式排队等待被运行。排队有三种策略:直接提交、有界队列、无界队列。
谈谈后两种,JDK使用了无界队列LinkedBlockingQueue作为WorkQueue而不是有界队列ArrayBlockingQueue,尽管后者可以对资源进行控制,但是个人认为,使用有界队列相比无界队列有三个缺点:
1、使用有界队列,corePoolSize、maximumPoolSize两个参数势必要根据实际场景不断调整以求达到一个最佳,这势必给开发带来极大的麻烦,必须经过大量的性能测试。所以干脆就使用无界队列,任务永远添加到队列中,不会溢出,自然maximumPoolSize也没什么用了,只需要根据系统处理能力调整corePoolSize就可以了
2、防止业务突刺。尤其是在Web应用中,某些时候突然大量请求的到来都是很正常的。这时候使用无界队列,不管早晚,至少保证所有任务都能被处理到。但是使用有界队列呢?那些超出maximumPoolSize的任务直接被丢掉了,处理地慢还可以忍受,但是任务直接就不处理了,这似乎有些糟糕
3、不仅仅是corePoolSize和maximumPoolSize需要相互调整,有界队列的队列大小和maximumPoolSize也需要相互折衷,这也是一块比较难以控制和调整的方面
当然,最后还是那句话,就像Comparable和Comparator的对比、synchronized和ReentrantLock,再到这里的无界队列和有界队列的对比,看似都有一个的优点稍微突出一些,但是这绝不是鼓励大家使用一个而不使用另一个,任何东西都需要根据实际情况来,当然在一开始的时候可以重点考虑那些看上去优点明显一点的
二、源码分析
从上面给出的ThreadPoolExecutor类的代码可以知道,ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService,我们来看一下AbstractExecutorService的实现:public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService { protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) { }; protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) { }; public Future<?> submit(Runnable task) {}; public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) { }; public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) { }; private <T> T doInvokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, boolean timed, long nanos) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException { }; public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException, ExecutionException { }; public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException { }; public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException { }; public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException { }; }
AbstractExecutorService是一个抽象类,它实现了ExecutorService接口。
public interface ExecutorService extends Executor { void shutdown(); boolean isShutdown(); boolean isTerminated(); boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; <T> Future<T> submit(Callable<T> task); <T> Future<T> submit(Runnable task, T result); Future<?> submit(Runnable task); <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException; <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException, ExecutionException; <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
而ExecutorService又是继承了Executor接口,我们看一下Executor接口的实现:
public interface Executor { void execute(Runnable command); }
类继承结构:
Executor是一个顶层接口,在它里面只声明了一个方法execute(Runnable),返回值为void,参数为Runnable类型,从字面意思可以理解,就是用来执行传进去的任务的;
然后ExecutorService接口继承了Executor接口,并声明了一些方法:submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等;
抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口,基本实现了ExecutorService中声明的所有方法;
然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。
在ThreadPoolExecutor类中有几个非常重要的方法:
execute() submit() shutdown() shutdownNow()
execute()方法实际上是Executor中声明的方法,在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现,这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法,通过这个方法可以向线程池提交一个任务,交由线程池去执行。
submit()方法是在ExecutorService中声明的方法,在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现,在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写,这个方法也是用来向线程池提交任务的,但是它和execute()方法不同,它能够返回任务执行的结果,去看submit()方法的实现,会发现它实际上还是调用的execute()方法,只不过它利用了Future来获取任务执行结果(Future相关内容将在下一篇讲述)。
shutdown()和shutdownNow()是用来关闭线程池的。
http://blog.csdn.net/u012168222/article/details/52790400
还有很多其他的方法:
比如:getQueue() 、getPoolSize() 、getActiveCount()、getCompletedTaskCount()等获取与线程池相关属性的方法,有兴趣的朋友可以自行查阅API。
三、深入剖析线程池实现原理
1.线程池状态2.任务的执行
3.线程池中的线程初始化
4.任务缓存队列及排队策略
5.任务拒绝策略
6.线程池的关闭
7.线程池容量的动态调整
1.线程池状态
在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量,另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态:volatile int runState; static final int RUNNING = 0; static final int SHUTDOWN = 1; static final int STOP = 2; static final int TERMINATED = 3;
runState表示当前线程池的状态,它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性;
下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。
当创建线程池后,初始时,线程池处于RUNNING状态;
如果调用了shutdown()方法,则线程池处于SHUTDOWN状态,此时线程池不能够接受新的任务,它会等待所有任务执行完毕;
如果调用了shutdownNow()方法,则线程池处于STOP状态,此时线程池不能接受新的任务,并且会去尝试终止正在执行的任务;
当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态,并且所有工作线程已经销毁,任务缓存队列已经清空或执行结束后,线程池被设置为TERMINATED状态。
2.任务的执行
如果当前线程池中的线程数目小于corePoolSize,则每来一个任务,就会创建一个线程去执行这个任务;如果当前线程池中的线程数目>=corePoolSize,则每来一个任务,会尝试将其添加到任务缓存队列当中,若添加成功,则该任务会等待空闲线程将其取出去执行;若添加失败(一般来说是任务缓存队列已满),则会尝试创建新的线程去执行这个任务;
如果当前线程池中的线程数目达到maximumPoolSize,则会采取任务拒绝策略进行处理;
如果线程池中的线程数量大于 corePoolSize时,如果某线程空闲时间超过keepAliveTime,线程将被终止,直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize;如果允许为核心池中的线程设置存活时间,那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime,线程也会被终止。
private final BlockingQueue<Runnable> workQueue; //任务缓存队列,用来存放等待执行的任务 private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock(); //线程池的主要状态锁,对线程池状态(比如线程池大小 //、runState等)的改变都要使用这个锁 private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>(); //用来存放工作集 private volatile long keepAliveTime; //线程存货时间 private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut; //是否允许为核心线程设置存活时间 private volatile int corePoolSize; //核心池的大小(即线程池中的线程数目大于这个参数时,提交的任务会被放进任务缓存队列) private volatile int maximumPoolSize; //线程池最大能容忍的线程数 private volatile int poolSize; //线程池中当前的线程数 private volatile RejectedExecutionHandler handler; //任务拒绝策略 private volatile ThreadFactory threadFactory; //线程工厂,用来创建线程 private int largestPoolSize; //用来记录线程池中曾经出现过的最大线程数 private long completedTaskCount; //用来记录已经执行完毕的任务个数
每个变量的作用都已经标明出来了,这里要重点解释一下corePoolSize、maximumPoolSize、largestPoolSize三个变量。
corePoolSize在很多地方被翻译成核心池大小,其实我的理解这个就是线程池的大小。举个简单的例子:
假如有一个工厂,工厂里面有10个工人,每个工人同时只能做一件任务。
因此只要当10个工人中有工人是空闲的,来了任务就分配给空闲的工人做;
当10个工人都有任务在做时,如果还来了任务,就把任务进行排队等待;
如果说新任务数目增长的速度远远大于工人做任务的速度,那么此时工厂主管可能会想补救措施,比如重新招4个临时工人进来;
然后就将任务也分配给这4个临时工人做;
如果说着14个工人做任务的速度还是不够,此时工厂主管可能就要考虑不再接收新的任务或者抛弃前面的一些任务了。
当这14个工人当中有人空闲时,而新任务增长的速度又比较缓慢,工厂主管可能就考虑辞掉4个临时工了,只保持原来的10个工人,毕竟请额外的工人是要花钱的。
这个例子中的corePoolSize就是10,而maximumPoolSize就是14(10+4)。
也就是说corePoolSize就是线程池大小,maximumPoolSize在我看来是线程池的一种补救措施,即任务量突然过大时的一种补救措施。
不过为了方便理解,在本文后面还是将corePoolSize翻译成核心池大小。
largestPoolSize只是一个用来起记录作用的变量,用来记录线程池中曾经有过的最大线程数目,跟线程池的容量没有任何关系。
在ThreadPoolExecutor类中,最核心的任务提交方法是execute()方法,虽然通过submit也可以提交任务,但是实际上submit方法里面最终调用的还是execute()方法,所以我们只需要研究execute()方法的实现原理即可:
public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) { if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) { if (runState != RUNNING || poolSize == 0) ensureQueuedTaskHandled(command); } else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command)) reject(command); // is shutdown or saturated } }
3.线程池中的线程初始化
默认情况下,创建线程池之后,线程池中是没有线程的,需要提交任务之后才会创建线程。在实际中如果需要线程池创建之后立即创建线程,可以通过以下两个方法办到:
prestartCoreThread():初始化一个核心线程;
prestartAllCoreThreads():初始化所有核心线程
public boolean prestartCoreThread() { return addIfUnderCorePoolSize(null); //注意传进去的参数是null } public int prestartAllCoreThreads() { int n = 0; while (addIfUnderCorePoolSize(null))//注意传进去的参数是null ++n; return n; }
注意上面传进去的参数是null,根据第2小节的分析可知如果传进去的参数为null,则最后执行线程会阻塞在getTask方法中的
r = workQueue.take();
即等待任务队列中有任务。
4.任务缓存队列及排队策略
workQueue的类型为BlockingQueue,通常可以取下面三种类型:1)ArrayBlockingQueue:基于数组的先进先出队列,此队列创建时必须指定大小;
2)LinkedBlockingQueue:基于链表的先进先出队列,如果创建时没有指定此队列大小,则默认为Integer.MAX_VALUE;
3)synchronousQueue:这个队列比较特殊,它不会保存提交的任务,而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。
5.任务拒绝策略
当线程池的任务缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize,如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略。6.线程池的关闭
ThreadPoolExecutor提供了两个方法,用于线程池的关闭,分别是shutdown()和shutdownNow(),其中:shutdown():不会立即终止线程池,而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止,但再也不会接受新的任务
shutdownNow():立即终止线程池,并尝试打断正在执行的任务,并且清空任务缓存队列,返回尚未执行的任务
7.线程池容量的动态调整
ThreadPoolExecutor提供了动态调整线程池容量大小的方法:setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()四、使用示例
public class Test { public static void main(String[] args) { ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5)); for(int i=0;i<15;i++){ MyTask myTask = new MyTask(i); executor.execute(myTask); System.out.println("线程池中线程数目:"+executor.getPoolSize()+",队列中等待执行的任务数目:"+ executor.getQueue().size()+",已执行完的任务数目:"+executor.getCompletedTaskCount()); } executor.shutdown(); } } class MyTask implements Runnable { private int taskNum; public MyTask(int num) { this.taskNum = num; } @Override public void run() { System.out.println("正在执行task "+taskNum); try { Thread.currentThread().sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("task "+taskNum+"执行完毕"); } }
当线程池中线程的数目大于5时,便将任务放入任务缓存队列里面,当任务缓存队列满了之后,便创建新的线程。如果上面程序中,将for循环中改成执行20个任务,就会抛出任务拒绝异常了。
不过在java doc中,并不提倡我们直接使用ThreadPoolExecutor,而是使用Executors类中提供的几个静态方法来创建线程池:
Executors.newCachedThreadPool(); //创建一个缓冲池,缓冲池容量大小为Integer.MAX_VALUE Executors.newSingleThreadExecutor(); //创建容量为1的缓冲池 Executors.newFixedThreadPool(int); //创建固定容量大小的缓冲池
实际中,如果Executors提供的三个静态方法能满足要求,就尽量使用它提供的三个方法,因为自己去手动配置ThreadPoolExecutor的参数有点麻烦,要根据实际任务的类型和数量来进行配置。
另外,如果ThreadPoolExecutor达不到要求,可以自己继承ThreadPoolExecutor类进行重写。
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