Java并发编程笔记4-线程池-低调大师

Java并发编程笔记4-线程池

2018-03-07 686

我们使用线程的时候就去创建一个线程，但是就会有一个问题：

　　如果并发的线程数量非常多，而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导致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？

线程池正好能解决这样的问题。正如名称所称的那样，线程池管理一个工作者线程的同构池。线程池是与工作队列紧密绑定的。所谓工作队列，其作用是持有所有等待执行的任务。

工作者线程的生活从此轻松起来：它从工作队列中获取下一个任务，执行它，然后回来等待另外一个线程。

这类似于企业应用程序中事务监听器(transaction monitor)的角色：它将课运行事务的数量控制在一个合理的水平中，不会因过渡滥用事务而耗尽有限资源。

　　线程池中执行任务线程，这方法有很多“每任务每线程”无法笔记的优势。重用存在的线程，而不是创建新的线程，这可以在处理多请求时抵消线程创建，消亡产生的开销。还有一个好处就是，在请求到达时，工作者线程通常已经存在

，用于创建线程的等待时间并不会延迟任务的执行，因此提高响应性。通过适当地调整线程池的大小，你可以得到足够多的线程以保持处理器忙碌，同时可以还防止过多的线程互相竞争资源，导致应用程序耗尽内存或者失败。

每任务每线程例子如下：

public class ThreadPool {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(80);
        while (true){
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            Runnable task = new Runnable() {
                public void run() {
                    handleRequest(socket);
                }
            };
            new Thread(task).start();
        }
    }

    private static void handleRequest(Socket socket) {
    }

}

可以看到这个例子是一个粗制滥造的并发服务端，来一个用户就创建一个线程，你根本就不知道有多少用户来，要创建多少个线程。这样频繁创建线程就会导致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，

过渡滥创建线程而耗尽有限资源。

由于这原因，java中给我们提供Executor框架。通过Executors中的某个静态工厂方法来创建一个线程池：

　　1.newFixedThreadPool 创建一个定长的线程池，每当提交一个任务就创建一个线程，知道达到池的最大长度，这时线程池会保持长度不再变化(如果一个线程由于非预期的Exception而结束，线程池会补充一个新的线程)。

　　下面用newFixedThreadPool 创建一个定长的线程池来改造上面的例子，如下：

public class ThreadPool {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //newFixedThreadPool参数为线程池的大小
        Executor executor = Executors.newFixedThreadPool(100);
        
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(80);
        while (true){
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            Runnable task = new Runnable() {
                public void run() {
                    handleRequest(socket);
                }
            };
            //直接将任务丢进线程池来执行任务
            executor.execute(task);
        }
    }

    private static void handleRequest(Socket socket) {
    }

}

这样就不会发生过渡滥创建线程而耗尽有限资源。

　　2.newSingleThreadExecutor创建一个单线程化的executor,他只创建唯一的工作者线程来执行任务，如果这个线程异常结束，会有另一个取代它。executor会保证任务依照任务队列所规定的顺序(FIFO,LIFO,优先级)执行。

　　3.newCachedThreadPool创建一个可缓存的线程池，如果当前线程的长度超过了处理的需要，它可以灵活的回收空闲的线程，当需求增加时，它可以灵活的增加新的线程，并不会对池的长度做任何限制。但是认为改线程池的长度没有任何限制，有可能会把资源耗尽，

这需要自己很好的把控了。

　　4.newScheduledThreadPool创建一个定长的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务执行，类似于Timer。

Executor的生命周期：

　　Executor实现通常知识为执行任务而创建线程。但是JVM会在所有(非后台的，nondaemon)线程全部终止后才退出。因此，如果无法正确关闭Executor，将会阻止JVM的结束。

因为Executor是异步地执行任务，所以在任何时间里，所有之前提交的任务状态都不能立即可见。这些任务中，有些可能已经完成，有些可能正在运行，其他的还可能在队列中等待执行。关闭应用程序时，程序会出现很多中情况：从平缓关闭

到最突然的关闭，以及介于这两种阶段情况之间的各种可能。Executor是为应用服务提供服务的，他们理应可以关闭，无论是平缓还是突然。

注意：关闭操作还会影响到记录应用程序任务状态的反馈信息。

Executor就是一个接口，源码如下图：

我们可以进入Executors这个类的源码，如下：

可以看到newFixedThreadPool 创建一个定长的线程池，返回的是一个ExecutorService，但是我们上面例子接收的是Executor，为什么Executor也可以接收呢？我们继续进入ExecutorService源码如下：

可以看到原来ExecutorService继承了Executor。ExecutorService扩展了Executor，并且添加了一些用于声明周期管理的方法。

源码如下：

ExecutorService暗示了生命周期有3种状态：运行、关闭、终止。ExecutorService最初创建后的初始状态是运行状态。

shutdown方法会启动一个平缓的关闭过程：停止接受新的任务，同时等待已经提交的任务完成，包括尚未开始执行的任务。

shutdownNow方法会启动要给强制的关闭过程：尝试取消所有运行中的任务和排在队列中尚未开始执行的任务is。

isShutdown方法：判断线程池(即ExecutorService)是否关闭。

isTerminated方法：是线程池(即ExecutorService)是否进入终止状态。

　　在关闭后提交到ExecutorService中的任务，会被拒绝执行处理器(rejected execution handler）处理。拒绝执行处理器是ExecutorService的一种实现，ThreadPoolExecutor提供的，ExecutorService接口中的方法并不提供拒绝执行处理器。拒绝执行处理器可能只是

简单的放弃任务，也可能会引起execute抛出一个未检查的RejectedExecutionException。一旦所有任务全部完成后，ExecutorService会转入终止状态。

awaitTermination方法：等待ExecutorService到达终止状态。

通常shutdown会紧随awaitTermination之后，这样可以产生同步地关闭ExecutorService的效果。

上面的Executor的例子的程序是没办法关闭线程池，会一直跑下去，那么我们如何写一个支持关闭的webserver呢？

明显我们现在要用ExecutorService来改造上面的Executor的例子。伪代码如下：

public class ThreadPool {
    private static ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        //newFixedThreadPool参数为线程池的大小

        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(80);
        //这里就不再像上面的例子一样无限的接受任务了，要根据我的线程池是否处于关闭状态来决定
        while (!executorService.isShutdown()){
            final Socket socket = serverSocket.accept();
            try{
                executorService.execute(new Runnable() {
                    public void run() {
                        handleRequest(socket);
                    }
                });
            }catch (RejectedExecutionException e){
                //如果拒绝服务不是因为我线程池关闭导致的，我们要在这里打印一下日志
                if (!executorService.isShutdown()){
                    System.out.println("接受任务被拒绝");
                    throw e;
                }
            }
        }
    }

    //用一个公共的方法去关闭线程池
    public void stop(){
        executorService.shutdown();
    }


    private static void handleRequest(Socket socket) {
        //获取请求
        Request req = readRequest(socket);
        //如果请求已经关闭
        if (isShutdownRequest(req)){
            //关闭线程池
            stop();
        }else {
            //请求转发
            dispatchRequest(req);
        }
    }

}

经过改造，这服务端变的优雅多了。

延时的，并具有周期性的任务

　　在newScheduledThreadPool出来之前我们一般会用Timer和TimerTask来做。Timer在JDK里面，是很早的一个API了。

但是Timer存在一些缺陷，Timer只创建唯一的线程来执行所有Timer任务。如果一个timer任务的执行很耗时，会导致其他TimerTask的时效准确性出问题。例如一个TimerTask每10秒执行一次，

而另外一个TimerTask每40ms执行一次，重复出现的任务会在后市的任务完成后快速连续的被调用4次，要么完全“丢失”4次调用。

Timer的另外一个问题在于，如果TimerTask抛出未检查的异常会终止timer线程。这种情况下，Timer也不会重新回复线程的执行了；它错误的认为整个Timer都被取消了。此时

已经被安排但尚未执行的TimerTask永远不会再执行了，新的任务也不能被调度了。

现在我们看一下Timer的例子，如下：

public class Shedule {
    private static long start;

    public static void main(String[] args) {
        TimerTask task = new TimerTask() {
            public void run() {
                System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
                try{
                    Thread.sleep(3000);
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        TimerTask task1 = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
            }
        };

        Timer timer = new Timer();
        start = System.currentTimeMillis();
        //启动一个调度任务，1S钟后执行
        timer.schedule(task,1000);
        //启动一个调度任务，3S钟后执行
        timer.schedule(task1,3000);


    }

}

上面程序我们预想是第一个任务执行后，第二个任务3S后执行的，即输出一个1000，一个3000.

实际运行结果如下：

实际运行结果并不如我们所愿。世界结果，是过了4S后才输出第二个任务，即4001约等于4秒。那部分时间时间到哪里去了呢？那个时间是被我们第一个任务的sleep所占用了。

现在我们在第一个任务中去掉Thread.sleep（）；这一行代码，运行是否正确了呢？如下：

public class Shedule {
    private static long start;

    public static void main(String[] args) {
        TimerTask task = new TimerTask() {
            public void run() {
                System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
               
            }
        };

        TimerTask task1 = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
            }
        };

        Timer timer = new Timer();
        start = System.currentTimeMillis();
        //启动一个调度任务，1S钟后执行
        timer.schedule(task,1000);
        //启动一个调度任务，3S钟后执行
        timer.schedule(task1,3000);


    }

}

运行结果如下：

可以看到确实是第一个任务过了1S后执行，第二个任务在第一个任务执行完后过3S执行了。

这就说明了Timer只创建唯一的线程来执行所有Timer任务。如果一个timer任务的执行很耗时，会导致其他TimerTask的时效准确性出问题。

Timer存在一些缺陷，因此你应该考虑使用ScheduledThreadPoolExecutor作为替代品。你可以通过构造函数或者通过newScheduledThreadPool工厂方法创建一个ScheduledThreadPoolExecutor。

如下：

public class Shedule {
    private static long start;

    private static ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {
        TimerTask task = new TimerTask() {
            public void run() {
                System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
                try{
                    Thread.sleep(3000);
                }catch (InterruptedException e){
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        };

        TimerTask task1 = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
            }
        };

        Timer timer = new Timer();
        start = System.currentTimeMillis();

        //TimeUnit.MILLISECONDS指定毫秒为单位
        executorService.schedule(task,1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        executorService.schedule(task1,3000, TimeUnit.MILLISECONDS);

    }

}

运行结果如下：

可以看到运行结果符合预期。

可以看到如果一个timer任务的执行很耗时(例如Thread.sleep)，ScheduledThreadPoolExecutor并不会导致其他TimerTask的时效准确性出问题。

还可以看到，这两个TimerTask互不干扰。

互相干扰还有一个反面：

　　　　如果TimerTask抛出未检查的异常会终止timer线程。这种情况下，Timer也不会重新回复线程的执行了；它错误的认为整个Timer都被取消了。此时

　　　　已经被安排但尚未执行的TimerTask永远不会再执行了，新的任务也不能被调度了。

例子如下：

public class Shedule {
    private static long start;

    private static ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {
        TimerTask task = new TimerTask() {
            public void run() {
                System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
               throw new RuntimeException();
            }
        };

        TimerTask task1 = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
            }
        };

        Timer timer = new Timer();
        start = System.currentTimeMillis();

        timer.schedule(task,1000);
        timer.schedule(task1,3000);
        

    }

}

如果第一TimerTask出现未知异常，第二个TimerTask还能运行起来吗？

结果如下：

明显第一TimerTask出现未知异常，第二个TimerTask不能运行起来了。这就说明

如果TimerTask抛出未检查的异常会终止timer线程。这种情况下，Timer也不会重新回复线程的执行了；它错误的认为整个Timer都被取消了。此时

已经被安排但尚未执行的TimerTask永远不会再执行了，新的任务也不能被调度了。

ScheduledThreadPoolExecutor可以解决此问题，例子如下：

public class Shedule {
    private static long start;

    private static ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);

    public static void main(String[] args) {
        TimerTask task = new TimerTask() {
            public void run() {throw new RuntimeException();
            }
        };

        TimerTask task1 = new TimerTask() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(System.currentTimeMillis()-start);
            }
        };

        Timer timer = new Timer();
        start = System.currentTimeMillis();

        //TimeUnit.MILLISECONDS指定毫秒为单位
        executorService.schedule(task,1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        executorService.schedule(task1,3000, TimeUnit.MILLISECONDS);


    }

}

运行结果如下：

可以看到第一个线程挂了，第二个线程并没有受到影响。这就说明了ScheduledThreadPoolExecutor可以解决了

如果TimerTask抛出未检查的异常会终止timer线程。这种情况下，Timer也不会重新回复线程的执行了；它错误的认为整个Timer都被取消了。此时

　　　　已经被安排但尚未执行的TimerTask永远不会再执行了，新的任务也不能被调度了的问题

还要注意一点，Timer是和系统时间挂钩的，如果当前服务器的时间一改，Timer就不那么靠谱了。

还要注意的是ThreadPoolExecutor。

源码如下图：

可以看到new一个FixedThreadPool/newSingleThreadExecutor/newCachedThreadPool/newScheduledThreadPool实际上返回的都是是new ThreadPoolExecutor()。

我们再看一下ThreadPoolExecutor源码如下：

可以看到ThreadPoolExecutor配置的非常灵活，如果我们用普通的一个FixedThreadPool/newSingleThreadExecutor/newCachedThreadPool/newScheduledThreadPool没办法满足你的需求了，你可以用

ThreadPoolExecutor灵活的指定参数来完成你的需求。这适合精确的任务执行。还不如说我们的任务被拒绝(RejecedExecutionHandler)后，我们可以用ThreadPoolExecutor灵活处理

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