JAVA多线程并发编程学习笔记4——线程池

JAVA多线程并发编程学习笔记4——线程池 JAVA并发编程 7. 线程池 7.1 概念 7.1.1 无限制创建线程的缺点

• 线程生命周期的开销（创建和关闭线程等开销）
• 活动线程消耗系统资源，大量空闲线程占用更多内存，给垃圾回收器带来压力。
• 过多的线程会影响稳定性，甚至拖垮程序。

7.1.2 简单过程和优点

过程：线程池管理一个工作者线程的同构池，并与工作队列绑定。它从工作队列中获取下一个任务并执行。

优点：

• 可以重用线程，减少创建和关闭线程的开销。

• 提高响应性，不需要创建线程也就不会延迟任务的执行。

• 通过调整线程池大小，可以保持处理器忙碌的同时防止过多线程竞争资源（耗尽内存）。

7.1.3 线程池的大小

• 对于计算密集型任务，线程数为CPU+1。

• 包含I/O等阻塞 *** 作可以加大线程池。

• 计算公式：No(threads) = No(CPU)*U(cpu)*(1+W/C)

  No表示数量，U表述利用率，W/C为等待时间域计算时间的比率

7.1.4 线程池死锁

• 线程池中一个任务依赖于其他任务的执行，就可能产生死锁。
• 解决：给同一线程池提交相互独立的任务，而不是彼此依赖的任务。

7.2 Executor框架 7.2.1 作用

• 支持不同类型的任务执行策略
• 为任务提交和任务执行之间的解耦提供了标准方法
• 提供对生命周期的支持以及钩子函数
• 可以添加统计收集、应用程序管理机制和监视器等扩展
• 基于生产者-消费者模式

7.2.2 Executor接口

• 唯一方法

  方法名返回值描述execute(Runnable)void在将来的某个时间执行给定的命令

7.2.3 ExecutorService接口

• 继承Executor接口，添加了用于生命周期管理的方法

• 提供了三种生命周期状态：运行、关闭、终止

• 部分方法

  方法名返回值描述submit(Runnable)Future提交一个可运行的任务执行，并返回一个表示该任务的未来。shutDown()void平缓关闭：停止接受新任务，等待已提交任务完成shutDownNow()List强制关闭：尝试取消所有任务，返回等待的任务列表isShutDown()boolean判断是否关闭isTerminated()boolean所有任务完成会进入终止状态awaitTermination(long, TimeUnit)boolean等待进入终止状态，返回一段时间后是否关闭。通常后接shutdown

• 实现类：ThreadPoolExecutor

7.2.4 ScheduledExecutorService接口

• 继承ExecutorService接口

• 作用：调度命令在给定的时间后或定期执行

• Timer：Timer只创建唯一的线程执行所有任务，耗时的任务会影响其他任务的时效性。且不捕获异常。

• 部分方法

  方法名描述schedule(Runnable, long, TimeUnit)在一段时间后执行任务scheduleAtFixedRate(Runnable, long, long, TimeUnit)在一段时间后执行并周期执行scheduleWithFixedDelay(Runnable, long, long, TimeUnit)在一段时间后执行，并按任务结束后固定时间执行

• 实现类：ScheduledThreadPoolExecutor

7.2.5 ThreadPoolExecutor类

• 继承AbstractExecutorService，间接实现ExecutorService接口

• 构造方法的参数

  参数类型描述corePoolSizeint核心池大小，工作队列满前的大小maxPoolSizeint最大池大小，可同时活动线程数上限keepAliveTimelong存活时间，unitTimeUnit超过核心池大小的空闲线程被销毁的时间workQueueBlockingQueue工作队列，决定了排队方法threadFactoryThreadFactory(可选)线程工厂，用于创建线程handlerRejectedExecutionHandler(可选)拒绝策略，

• 工作队列

  • 当线程池线程大于核心线程数，且工作队列未满时，任务会加入工作队列
  队列描述SynchronousQueue同步提交队列，没有容量，新任务来时直接创建新线程或执行拒绝策略ArrayBlockingQueue有限队列，可指定容量，队列满后可创建新的线程执行队头的任务linkedBlockingQueue无限队列，任何任务都可以加入PriorityBlockingQueue优先级队列，也是无限

• 线程工厂

  • 线程池需要创建线程，通过线程工厂类的newThread()创建一个新的、非守护线程。
  • 重写ThreadFacroty类的newThread()方法自定义线程工厂

• 拒绝策略（饱和策略）

  • 池中线程数达到最大数量，会执行拒绝策略。
  策略描述AbortPolicy默认策略，抛出异常CallerRunsPolicy调用者运行，不会丢弃也不会抛异常，在调用者线程执行新任务DiscardOldestPolicy遗弃最旧，将最老的任务丢弃，提交新任务DiscardPolicy遗弃，放弃任务
  • 可以重写RejectedExecutionHandler类的rejectedExecution()方法自定义拒绝策略。

• 代码实现

  int corePoolSize = 1;
  int maxPoolSize = 1;
  long keepAliveTime = 0L;
  int capacity = 10;
  ThreadPoolExecutor executor = 
      new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maxPoolSize, keepAliveTime,
                             TimeUnit.MILLISECONDS,
                            new ArrayBlockingQueue(capacity),
                            new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
  

• 构造后再定制属性

  方法描述setCorePoolSize(int)设置核心池大小setMaximumPoolSize(int)设置最大池大小setKeepAliveTime(long, TimeUnit)设置存活时间setThreadFactory(ThreadFactory)设置线程工厂setRejectedeExecutionHandler(RejectedExecutionHandler)设置拒绝策略

• 监控线程池

  方法返回值描述getCorePoolSize()int核心池大小getMaximumPoolSize()int最大池大小getPoolSize()int当前池大小getLargestPoolSize()int历史最大池大小getQueue()BlockingQueue工作队列getActiveCount()int当前活动线程数getCompletedTaskCount()long完成任务数getTaskCountlong收到的任务总数getKeepAliveCountlong存活时间

• 扩展线程池

  方法描述afterExecute(Runnable, Throwable)任务结束后会调用beforeExecute(Runnable, Throwable)任务执行前会调用terminated()线程池完成关闭动作后调用

7.2.6 Executors

• 通过静态工厂方法提供预设配置的线程池

• 创建线程方法（返回类型是ExecutorService或ScheduledExecutorService）

  方法描述newCachedThreadPool()可缓存的线程池，可灵活回收空闲线程或添加新线程newFixedThreadPool(int)定长线程池，每提交一个任务就创建一个线程，直到达到最大池大小newSingleThreadExecutor()单线程，只创建一个线程newScheduledThreadPoll(int)定长周期线程池

7.2.7 submit()与execute()

• 接受参数和返回值不同

  参数返回值参数返回值参数返回值submitRunnableFutureRunnable,TFutureCallableFutureexecuteRunnablevoid

• 处理异常

  • 使用submit()提交的任务不会抛出异常，除非使用Future的get()方法
  • execute()会抛出异常。

7.3 有结果的任务 7.3.1 Callable

• Callable与Runnable相似，但是有返回值

• 只有一个方法call()，返回值为类型参数。

  public interface Callable{
      V call() throws Exception;
  }
  

7.3.2 Future

• 用来保存异步计算的结果

• 接口方法

  方法返回值描述get()V等待计算完成，然后返回结果。被中断会抛中断异常get(long, TimeUnit)V在指定时间内完成并返回结果，否则抛出超时异常cancel(boolean)void若未开始计算则取消；已经开始计算，可能被中断isCancelled()boolean任务在正常完成之前被取消返回trueisDoneboolean是否已完成

• 基本实现类是FutureTask，其同时实现了Runnable接口。所以它既可以被线程执行，又可以得到Callable的返回值。

  • 代码实现

    Callable myCom = ...;
    FutureTask task = new FutureTask(myCom);
    new Thread(task).start();
    Integer result = task.get();