非常適合新手學生的Java執行緒池超詳細分析

2022-03-21 16:01:52

執行緒池的好處

可以實現執行緒的複用，避免重新建立執行緒和銷燬執行緒。建立執行緒和銷燬執行緒對CPU的開銷是很大的。
可以限制最大可建立的執行緒數，可根據自己的機器效能動態調整執行緒池引數，提高應用效能。
提供定時執行、並行數控制等功能。
統一管理執行緒。

建立執行緒池的五種方式

1：快取執行緒池（不推薦）

2：固定容量執行緒池（不推薦）

3：單個執行緒池（不推薦）

4：定時任務執行緒池（不推薦）

5：通過ThreadPoolExecutor構造方法建立執行緒池（阿里巴巴開發手冊十分推薦）

前面4種建立執行緒池的方式都是通過Executors的靜態方法來建立。

快取執行緒池CachedThreadPool

	ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int finalI = i;
            executorService.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"<thread->run>"+ finalI);
                }
            });
        }

為什麼不推薦使用快取執行緒池？

原始碼分析

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, 2147483647, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue());
    }

 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    }

通過上面兩個程式碼片段，我們可以看出CachedThreadPool的maximumPoolSize為Integer的最大值2147483647，相當於可以無限的建立執行緒，而建立執行緒是需要記憶體的，這樣就會造成記憶體溢位，而且一般的機器也沒用那麼大的記憶體給它建立這麼大量的執行緒。

固定容量執行緒池FixedThreadPool

newFixedThreadPool(int num)，num就是我們要指定的固定執行緒數量

	ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

      for (int i = 0; i < 10; i++) {
          final int finalI = i;
          executorService.execute(new Runnable() {
              public void run() {
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"<thread->run>"+ finalI);
              }
          });
      }

輸出：

pool-1-thread-5<thread->run>4
pool-1-thread-4<thread->run>3
pool-1-thread-5<thread->run>5
pool-1-thread-3<thread->run>2
pool-1-thread-3<thread->run>8
pool-1-thread-3<thread->run>9
pool-1-thread-2<thread->run>1
pool-1-thread-1<thread->run>0
pool-1-thread-5<thread->run>7
pool-1-thread-4<thread->run>6

可以看出起到了執行緒的複用。

為什麼FixedThreadPool是固定執行緒池？

原始碼分析

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

通過這個原始碼可以看出，核心執行緒數（corePoolSize）和最大執行緒數（maximumPoolSize）都為nThreads，因為只有這樣，執行緒池才不會進行擴容，執行緒數才固定。

單個執行緒池SingleThreadExecutor

	ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

      for (int i = 0; i < 10; i++) {
          final int finalI = i;
          executorService.execute(new Runnable() {
              public void run() {
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"<thread->run>"+ finalI);
              }
          });

      }

為什麼SingleThreadExecutor只含有一個執行緒？

原始碼分析

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

通過這個原始碼可以看出，核心執行緒數（corePoolSize）和最大執行緒數（maximumPoolSize）都為1，所以它只含有一個執行緒。

定時任務執行緒池ScheduledThreadPool

	  int initDelay=10; //初始化延時
      int period=1;//初始化延遲過了之後，每秒的延時

      ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(10);

      scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
          @Override
          public void run() {
              System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"<thread->run>");
          }
      },initDelay,period, TimeUnit.SECONDS);

這段程式碼的效果是：程式執行之後等10秒，然後輸出第一次結果，之後每隔1秒輸出一次結果。

為什麼不推薦使用ScheduledThreadPool？

原始碼分析

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, 2147483647, 10L, TimeUnit.MILLISECONDS, new ScheduledThreadPoolExecutor.DelayedWorkQueue());
    }

可以看出ScheduledThreadPool的最大執行緒數（maximumPoolSize）為Integer的最大值2147483647，相當於可以無限的建立執行緒，而建立執行緒是需要記憶體的，這樣就會造成記憶體溢位，而且一般的機器也沒用那麼大的記憶體給它建立這麼大量的執行緒。

ThreadPoolExecutor建立執行緒池（十分推薦）

	ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(10, 20,
              2L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(5),
              Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

      for (int i = 0; i < 12; i++) {
          final int finalI = i;
          threadPoolExecutor.execute(new Runnable() {
              public void run() {
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"<thread->run>"+ finalI);
              }
          });
      }

ThreadPoolExecutor的七個引數詳解

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

corePoolSize：核心執行緒數。這些執行緒一旦被建立不會被銷燬，是一直存在的。執行緒池預設是沒有執行緒的，當有任務到來了，就會通過ThreadFactory去建立執行緒，並一直存在。
maximumPoolSize：最大執行緒數。非核心執行緒數=maximumPoolSize-corePoolSize，非核心執行緒數其實就是可擴容的執行緒數，可能會被銷燬。
keepAliveTime：非核心執行緒的空閒存活時間。當通過擴容生成的非核心執行緒數在keepAliveTime這個時間後還處於空閒狀態，則會銷燬這些非核心執行緒。
unit：keepAliveTime的時間單位，例如：秒
workQueue：等待區。當來了>corePoolSize的任務時會把任務存放在workQueue這個阻塞佇列中，等待其他執行緒處理。
threadFactory：執行緒工廠。建立執行緒的一種方式。
handler：拒絕策略。當來了>最大執行緒數+workQueue的容量則會執行拒絕策略

workQueue

ArrayBlockingQueue：有界阻塞佇列。佇列有大小限制，當容量超過時則會觸發擴容或者拒絕策略。

	public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
        this(capacity, false);
    }

LinkedBlockingQueue：無界阻塞佇列，佇列無大小限制，可能會造成記憶體溢位。

	 public LinkedBlockingQueue() {
        this(2147483647);
    }

handler

AbortPolicy：直接拋異常

	public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        public AbortPolicy() {
        }

        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() + " rejected from " + e.toString());
        }
    }

DiscardPolicy：不作任何操作。默默丟棄任務

	public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        public DiscardPolicy() {
        }

        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        }
    }

DiscardOldestPolicy：丟掉存在時間最長的任務

	public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        public DiscardOldestPolicy() {
        }

        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            if (!e.isShutdown()) {
                e.getQueue().poll();
                e.execute(r);
            }

        }
    }

CallerRunsPolicy：讓提交任務的執行緒去處理任務

	public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        public CallerRunsPolicy() {
        }

        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            if (!e.isShutdown()) {
                r.run();
            }

        }
    }

threadFactory

	ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();

      threadFactory.newThread(new Runnable() {
          @Override
          public void run() {
              System.out.println("threadFactory");
          }
      }).start();

如何觸發拒絕策略和執行緒池擴容？

	ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(10, 20,
              2L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(5),
              Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

      for (int i = 0; i < 26; i++) { //並行數26
          final int finalI = i;
          threadPoolExecutor.execute(new Runnable() {
              public void run() {
                  System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"<thread->run>"+ finalI);
              }
          });
      }
      /**
       * 核心執行緒數=10，最大執行緒數=20，故可擴容執行緒數=20-10
       * BlockingQueue的大小為5，故等待區的大小為5，也就是當並行數<=核心執行緒數+5不會擴容，並行數大於16才會擴容
       *
       * 觸發擴容：並行數>核心執行緒數+阻塞佇列的大小
       * 對於這段程式碼，如果來了26個並行，10個並行會被核心執行緒處理，5個會在等待區，剩下11個會因為等待區滿了而觸發擴容
       * 因為這裡最多能夠擴容10個，這裡卻是11個，所以會觸發拒絕策略
       */