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线程池_初步认识_01

日期：2020-02-22点击：319收藏

线程池_初步认识_01

一、定义
- 管理一组工作线程。
二、好处
- 1. 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗,比如内存;
- 2. 提高响应速度。任务到达时,可以不需要等到线程创建就能执行;
- 3. 提高线程的可管理性。通过线程池，实现对线程的统一分配，调优和监控;比如可以避免无线创建线程引起OutOfMemoryError。
三、实现原理
- 当向线程池提交一个任务之后，线程池是如何处理这个任务的呢？
  - 上图就是线程池的主要处理流程；
  - ThreadPoolExecutor 执行execute()方法的四种情况（流程）：
    - 1、如果当前运行的线程少于核心线程，则创建新线程来执行任务；（需要注意的是，此操作需要获取全局锁）
    - 2、如果运行的线程等于或对于核心线程，则将任务加入工作队列中；
    - 3、如果工作队列已满，则创建新的线程（非核心线程）来处理任务；（需要获取全局锁）
    - 4、如果创建线程超出最大线程数，则任务被拒绝，调用饱和策略；（RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()）
    - 总结：如此设计的原因？
      - 为了在执行execute()方法时，尽可能地避免获取全局锁；因为获取全局锁是一个严重可伸缩瓶颈。
    - 期望：每次任务提交的时候，都是当前运行的线程数大于等于核心线程数，此时不用获取全局锁，即加入工作队列。
四、通过ThreadPoolExecutor创建线程池
- public ThreadPoolExecutor(
  - int corePoolSize,
  - int maximumPoolSize,
  - long keepAliveTime,
  - TimeUnit unit,
  - BlockingQueue<Runnable> workQueue,
  - ThreadFactory threadFactory,
  - RejectedExecutionHandler defaultHandler）
- 1. corePoolSize
  - 线程池的基本大小;如果要执行的任务数小于线程池基本大小,提交一个任务到线程池后,就会创建一个线程即便有空闲线程；否则，不创建,等待。
- 2. maximumPoolSize
  - 线程池最大线程数。如果线程池中的线程数大于核心线程数并且队列满了，且线程数小于最大线程数，则会创建新的线程。
  - 如果maximumPoolSize与corePoolSize相等,即是固定大小线程池。
  - 如果使用无界队列，该参数无效；
- 3. keepAliveTime
  - 空闲线程存活时间。
  - 默认情况下,当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime才会起作用;当线程池中的线程空闲时,如果空闲时间等于keepAliveTime,线程会被销毁,直到线程数等于核心线程数,避免浪费内存和句柄资源。
  - 当ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut变量设置为true时，核心线程超时后也会被回收。
  - 如果任务多，并且每个任务的执行时间较短，增大时间，提高线程的利用率。
- 4. unit
  - 时间单位
- 5. BlockingQueue<Runnable> workQueue
  - 任务队列,用于保存等待执行的任务的阻塞队列。包括以下几种：
    - 1.ArrayBlockingQueue：一个基于数组结构的有界阻塞队列,FIFO(先进先出)原则对元素进行排序；
    - 2.LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列,也是先进先出,一般情况下吞吐量高于ArrayBlockingQueue 。 FixedThreadPool()和SingleThreadExecutor()使用此队列。
    - 3.SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。上一个线程执行移除操作后,之后的插入操作才能执行,否则会一直处于阻塞状态。吞吐量高于LinkedBlockingQueue。CachedThreadPool()使用此队列。
    - 4.PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。
- 6. ThreadFactory threadFactory
  - 线程池创建线程使用的工厂；
  - 使用线程池创建线程的时候可以给予更有意义的名称，便于定位问题。
- 7. RejectedExecutionHandler defaultHandler
  - 线程池对拒绝任务的处理策略；发生在队列和线程池都满了的时候。默认是AbortPolicy,表示无法处理新任务时抛出异常。
    - 1.AbortPolicy ：直接抛出异常；
    - 2.CallerRunsPolicy: 只用调用者所在线程来运行任务；
    - 3.DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务；
    - 4.DiscardPolicy：不处理，不丢弃；
- 自定义拒绝策略实现RejectedExecutionHandler接口,实现需要的场景。比如持久化拒绝的任务、记录日志等等。
五、提交任务到线程池的方法
- (一)、通过execute
  - executorService.execute(newRunnable() {
    - @Override
    - public void run() {
      - System.out.println("我要开始运行了");
    - }
  - });
  - 提交不需要返回值的任务，无法判断任务是否被线程池执行成功。
- (二)、通过submit
  - 1.通过提交Runnable
    - Future future = executorService.submit(()->{});
  - 2.通过提交Callable
    - Future future = executorService.submit(() -> {
      - return null;
    - });
  - 3. Runnable 和 Callable 的区别
    - 1. 非常相似，这两个接口都表示可以由线程或ExecutorService同时执行的任务。
    - 2. 不同之处是两个接口内部执行的方法不同。
      - Runnable
        
        public interface Runnable {
        
        public void run();
        
        }
      - Callable
        
        public interface Callable{
        
        public Object call() throws Exception;
        
        }
    - - 可以看出,call()方法是有返回值的，而且可以引发异常。run没有返回值，也不能引发异常（除非未经检查的异常-RuntimeException的子类)。
  - 4.如果执行的任务需要返回结果，使用Callable。
- (三)、两种执行方法的区别
  - 1. execute 只能提交Runnable类型的任务；submit 除了可以提交Runnable类型的任务外，还可以提交Callable类型。
  - 2. execute 直接抛出任务执行的异常；submit 会捕获，可以返回一个Future类型的对象，通过这个Future对象可以判断任务是否执行成功，通过get方法获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，使用get(long timeout,TimeUnit unit)方法会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候任务可能没有执行完。
  - 3. submit 的顶级接口是ExecutorService；execute 的顶级接口是 Executor；
六、获取返回结果
- （一）、两种 invokeAny() 和 invokeAll()
- （二）、invokeAny
  - 1. 当任意一个任务得到结果后，会调用interrupt方法将其他的任务中断;
  - 2. 部分任务失败，会使用第一个成功的任务返回的结果;
  - 3. 任务全部失败了，抛出Execption,invokeAny 方法将抛出ExecutionException。
- （三）、invokeAll 返回所有任务的执行结果，该方法的执行效果也是阻塞执行的，要把所有的结果都取回时再继续向下执行。
七、关闭线程池
- 1、shutdown()
  - 1. 将线程池的状态设置成ShutDown;
  - 2. 中断所有没有正在执行任务的线程。在终止前允许执行以前提交的任务；
- 2、shutdownNow()
  - 1. 将线程池的状态设置成Stop;
  - 2. 阻止等待任务的启动并试图停止当前正在执行的任务,并返回等待执行任务的列表；不允许执行以前提交的任务。
- 1、2 两个方法的原理：
  - 遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。
  - 调用1、2方法后，isShutdown 方法返回true。当所有任务都已关闭，才表示线程池关闭成功，调用isTerminaed方法返回true。
- 3、awaitTermination()
  - 1. 接收timeout和TimeUnit两个参数，用于设定超时时间及单位。当等待超过设定时间时，会监测ExecutorService是否已经
  - 关闭，若关闭则返回true，否则返回false。一般情况下会和shutdown方法组合使用。
  - 在实际使用过程中, 使用shutdown()关闭，回收资源。如果有必要，可以在其后执行shutdownNow(),取消所有遗留的任务。
八、配置线程池
- 角度：
  - 1. 任务的性质： CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务。
  - 2. 任务的优先级：高、中与低；
  - 3. 任务的执行时间：长、短；
  - 4. 任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接。
- 选择：
  - 性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理；
  - CPU 密集型任务应配置尽可能小的线程，如cpu数+1 的线程池；
  - IO密集型任务线程并不是一直在执行，则应配置极可能多的线程；
  - 优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理，它可以让优先级高的任务先执行；
    - 如果一直有优先级高的任务提交到队列里，那么优先级低的任务可能永远不能执行。
  - 依赖数据库连接的任务，因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果，等待的时间越长，则CPU空闲时间就越长，那么线程数应该设置的越大，这样才能更好低利用CPU。
- 建议：
  - 有界队列；有界队列可以增加系统的稳定性和预警能力。
  - 体现：
    - 任务线程池的队列和线程池满了，不断抛出抛弃任务的异常，通过排查是数据库出现问题，导致执行sql的速度变慢，由于后台任务线程池里的任务都是需要向数据库插入数据的和查询，所以导致线程池里的工作线程全部阻塞，任务积压在线程池里。如果是无界队列，线程池中的队列越来越多，可能撑爆内存，导致系统不可用。
八、例子
- ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
  - Set<Callable<String>> callables = newHashSet<Callable<String>>();
    - callables.add(() -> {
      - return "Task1";
    - }});
  - - callables.add(() -> {
      - return "Task2";
    - }});
  - List<Future<String>> futures =executorService.invokeAll(callables);
    - for(Future<String> future : futures){
      - System.out.println("future.get = " + future.get());
    - }
  - executorService.shutdown();
  - while (!service.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS)) {
    - System.out.println("线程池没有关闭");
  - }