很多人竟然不知道Java線程池的創(chuàng)建方式有7種
前言
根據(jù)摩爾定律所說(shuō):集成電路上可容納的晶體管數(shù)量每 18 個(gè)月翻一番,因此 CPU 上的晶體管數(shù)量會(huì)越來(lái)越多。
但隨著時(shí)間的推移,集成電路上可容納的晶體管數(shù)量已趨向飽和,摩爾定律也漸漸失效,因此多核 CPU 逐漸變?yōu)橹髁鳎c之相對(duì)應(yīng)的多線程編程也開(kāi)始變得普及和流行起來(lái),這當(dāng)然也是很久之前的事了,對(duì)于現(xiàn)在而言多線程編程已經(jīng)成為程序員必備的職業(yè)技能了,那接下來(lái)我們就來(lái)盤(pán)一盤(pán)“線程池”這個(gè)多線程編程中最重要的話題。
什么是線程池?
線程池(ThreadPool)是一種基于池化思想管理和使用線程的機(jī)制。它是將多個(gè)線程預(yù)先存儲(chǔ)在一個(gè)“池子”內(nèi),當(dāng)有任務(wù)出現(xiàn)時(shí)可以避免重新創(chuàng)建和銷(xiāo)毀線程所帶來(lái)性能開(kāi)銷(xiāo),只需要從“池子”內(nèi)取出相應(yīng)的線程執(zhí)行對(duì)應(yīng)的任務(wù)即可。
池化思想在計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也比較廣泛,比如以下這些:
- 內(nèi)存池(Memory Pooling):預(yù)先申請(qǐng)內(nèi)存,提升申請(qǐng)內(nèi)存速度,減少內(nèi)存碎片。
- 連接池(Connection Pooling):預(yù)先申請(qǐng)數(shù)據(jù)庫(kù)連接,提升申請(qǐng)連接的速度,降低系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)。
- 實(shí)例池(Object Pooling):循環(huán)使用對(duì)象,減少資源在初始化和釋放時(shí)的昂貴損耗。
線程池的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下 4 點(diǎn):
- 降低資源消耗:通過(guò)池化技術(shù)重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程,降低線程創(chuàng)建和銷(xiāo)毀造成的損耗。
- 提高響應(yīng)速度:任務(wù)到達(dá)時(shí),無(wú)需等待線程創(chuàng)建即可立即執(zhí)行。
- 提高線程的可管理性:線程是稀缺資源,如果無(wú)限制創(chuàng)建,不僅會(huì)消耗系統(tǒng)資源,還會(huì)因?yàn)榫€程的不合理分布導(dǎo)致資源調(diào)度失衡,降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使用線程池可以進(jìn)行統(tǒng)一的分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。
- 提供更多更強(qiáng)大的功能:線程池具備可拓展性,允許開(kāi)發(fā)人員向其中增加更多的功能。比如延時(shí)定時(shí)線程池ScheduledThreadPoolExecutor,就允許任務(wù)延期執(zhí)行或定期執(zhí)行。
同時(shí)阿里巴巴在其《Java開(kāi)發(fā)手冊(cè)》中也強(qiáng)制規(guī)定:線程資源必須通過(guò)線程池提供,不允許在應(yīng)用中自行顯式創(chuàng)建線程。
說(shuō)明:線程池的好處是減少在創(chuàng)建和銷(xiāo)毀線程上所消耗的時(shí)間以及系統(tǒng)資源的開(kāi)銷(xiāo),解決資源不足的問(wèn)題。如果不使用線程池,有可能造成系統(tǒng)創(chuàng)建大量同類(lèi)線程而導(dǎo)致消耗完內(nèi)存或者“過(guò)度切換”的問(wèn)題。
知道了什么是線程池以及為什要用線程池之后,我們?cè)賮?lái)看怎么用線程池。
線程池使用
線程池的創(chuàng)建方法總共有 7 種,但總體來(lái)說(shuō)可分為 2 類(lèi):
- 一類(lèi)是通過(guò) ThreadPoolExecutor 創(chuàng)建的線程池;
- 另一個(gè)類(lèi)是通過(guò) Executors 創(chuàng)建的線程池。
線程池的創(chuàng)建方式總共包含以下 7 種(其中 6 種是通過(guò) Executors 創(chuàng)建的,1 種是通過(guò)ThreadPoolExecutor 創(chuàng)建的):
- Executors.newFixedThreadPool:創(chuàng)建一個(gè)固定大小的線程池,可控制并發(fā)的線程數(shù),超出的線程會(huì)在隊(duì)列中等待;
- Executors.newCachedThreadPool:創(chuàng)建一個(gè)可緩存的線程池,若線程數(shù)超過(guò)處理所需,緩存一段時(shí)間后會(huì)回收,若線程數(shù)不夠,則新建線程;
- Executors.newSingleThreadExecutor:創(chuàng)建單個(gè)線程數(shù)的線程池,它可以保證先進(jìn)先出的執(zhí)行順序;
- Executors.newScheduledThreadPool:創(chuàng)建一個(gè)可以執(zhí)行延遲任務(wù)的線程池;
- Executors.newSingleThreadScheduledExecutor:創(chuàng)建一個(gè)單線程的可以執(zhí)行延遲任務(wù)的線程池;
- Executors.newWorkStealingPool:創(chuàng)建一個(gè)搶占式執(zhí)行的線程池(任務(wù)執(zhí)行順序不確定)【JDK 1.8 添加】。
- ThreadPoolExecutor:最原始的創(chuàng)建線程池的方式,它包含了 7 個(gè)參數(shù)可供設(shè)置,后面會(huì)詳細(xì)講。
單線程池的意義從以上代碼可以看出 newSingleThreadExecutor 和 newSingleThreadScheduledExecutor 創(chuàng)建的都是單線程池,那么單線程池的意義是什么呢?答:雖然是單線程池,但提供了工作隊(duì)列,生命周期管理,工作線程維護(hù)等功能。
那接下來(lái)我們來(lái)看每種線程池創(chuàng)建的具體使用。
1.FixedThreadPool
創(chuàng)建一個(gè)固定大小的線程池,可控制并發(fā)的線程數(shù),超出的線程會(huì)在隊(duì)列中等待。
使用示例如下:
public static void fixedThreadPool() { // 創(chuàng)建 2 個(gè)數(shù)據(jù)級(jí)的線程池 ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2); // 創(chuàng)建任務(wù) Runnable runnable = new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("任務(wù)被執(zhí)行,線程:" + Thread.currentThread().getName()); } }; // 線程池執(zhí)行任務(wù)(一次添加 4 個(gè)任務(wù)) // 執(zhí)行任務(wù)的方法有兩種:submit 和 execute threadPool.submit(runnable); // 執(zhí)行方式 1:submit threadPool.execute(runnable); // 執(zhí)行方式 2:execute threadPool.execute(runnable); threadPool.execute(runnable); }
執(zhí)行結(jié)果如下:
如果覺(jué)得以上方法比較繁瑣,還用更簡(jiǎn)單的使用方法,如下代碼所示:
public static void fixedThreadPool() { // 創(chuàng)建線程池 ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2); // 執(zhí)行任務(wù) threadPool.execute(() -> { System.out.println("任務(wù)被執(zhí)行,線程:" + Thread.currentThread().getName()); }); }
2.CachedThreadPool
創(chuàng)建一個(gè)可緩存的線程池,若線程數(shù)超過(guò)處理所需,緩存一段時(shí)間后會(huì)回收,若線程數(shù)不夠,則新建線程。
使用示例如下:
public static void cachedThreadPool() { // 創(chuàng)建線程池 ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); // 執(zhí)行任務(wù) for (int i = 0; i < 10; i++) { threadPool.execute(() -> { System.out.println("任務(wù)被執(zhí)行,線程:" + Thread.currentThread().getName()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { } }); } }
執(zhí)行結(jié)果如下:
從上述結(jié)果可以看出,線程池創(chuàng)建了 10 個(gè)線程來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。
3.SingleThreadExecutor
創(chuàng)建單個(gè)線程數(shù)的線程池,它可以保證先進(jìn)先出的執(zhí)行順序。
使用示例如下:
public static void singleThreadExecutor() { // 創(chuàng)建線程池 ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor(); // 執(zhí)行任務(wù) for (int i = 0; i < 10; i++) { final int index = i; threadPool.execute(() -> { System.out.println(index + ":任務(wù)被執(zhí)行"); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { } }); } }
執(zhí)行結(jié)果如下:
4.ScheduledThreadPool
創(chuàng)建一個(gè)可以執(zhí)行延遲任務(wù)的線程池。
使用示例如下:
public static void scheduledThreadPool() { // 創(chuàng)建線程池 ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5); // 添加定時(shí)執(zhí)行任務(wù)(1s 后執(zhí)行) System.out.println("添加任務(wù),時(shí)間:" + new Date()); threadPool.schedule(() -> { System.out.println("任務(wù)被執(zhí)行,時(shí)間:" + new Date()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { } }, 1, TimeUnit.SECONDS); }
執(zhí)行結(jié)果如下:
從上述結(jié)果可以看出,任務(wù)在 1 秒之后被執(zhí)行了,符合我們的預(yù)期。
5.SingleThreadScheduledExecutor
創(chuàng)建一個(gè)單線程的可以執(zhí)行延遲任務(wù)的線程池。
使用示例如下:
public static void SingleThreadScheduledExecutor() { // 創(chuàng)建線程池 ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor(); // 添加定時(shí)執(zhí)行任務(wù)(2s 后執(zhí)行) System.out.println("添加任務(wù),時(shí)間:" + new Date()); threadPool.schedule(() -> { System.out.println("任務(wù)被執(zhí)行,時(shí)間:" + new Date()); try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { } }, 2, TimeUnit.SECONDS); }
執(zhí)行結(jié)果如下:
從上述結(jié)果可以看出,任務(wù)在 2 秒之后被執(zhí)行了,符合我們的預(yù)期。
6.newWorkStealingPool
創(chuàng)建一個(gè)搶占式執(zhí)行的線程池(任務(wù)執(zhí)行順序不確定),注意此方法只有在 JDK 1.8+ 版本中才能使用。
使用示例如下:
public static void workStealingPool() { // 創(chuàng)建線程池 ExecutorService threadPool = Executors.newWorkStealingPool(); // 執(zhí)行任務(wù) for (int i = 0; i < 10; i++) { final int index = i; threadPool.execute(() -> { System.out.println(index + " 被執(zhí)行,線程名:" + Thread.currentThread().getName()); }); } // 確保任務(wù)執(zhí)行完成 while (!threadPool.isTerminated()) { } }
執(zhí)行結(jié)果如下:
從上述結(jié)果可以看出,任務(wù)的執(zhí)行順序是不確定的,因?yàn)樗菗屨际綀?zhí)行的。
7.ThreadPoolExecutor
最原始的創(chuàng)建線程池的方式,它包含了 7 個(gè)參數(shù)可供設(shè)置。
使用示例如下:
public static void myThreadPoolExecutor() { // 創(chuàng)建線程池 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10)); // 執(zhí)行任務(wù) for (int i = 0; i < 10; i++) { final int index = i; threadPool.execute(() -> { System.out.println(index + " 被執(zhí)行,線程名:" + Thread.currentThread().getName()); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); } }
執(zhí)行結(jié)果如下:
ThreadPoolExecutor 參數(shù)介紹
ThreadPoolExecutor 最多可以設(shè)置 7 個(gè)參數(shù),如下代碼所示:
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { // 省略... }
7 個(gè)參數(shù)代表的含義如下:
參數(shù) 1:corePoolSize
核心線程數(shù),線程池中始終存活的線程數(shù)。
參數(shù) 2:maximumPoolSize
最大線程數(shù),線程池中允許的最大線程數(shù),當(dāng)線程池的任務(wù)隊(duì)列滿了之后可以創(chuàng)建的最大線程數(shù)。
參數(shù) 3:keepAliveTime
最大線程數(shù)可以存活的時(shí)間,當(dāng)線程中沒(méi)有任務(wù)執(zhí)行時(shí),最大線程就會(huì)銷(xiāo)毀一部分,最終保持核心線程數(shù)量的線程。
參數(shù) 4:unit:
單位是和參數(shù) 3 存活時(shí)間配合使用的,合在一起用于設(shè)定線程的存活時(shí)間 ,參數(shù) keepAliveTime 的時(shí)間單位有以下 7 種可選:
- TimeUnit.DAYS:天
- TimeUnit.HOURS:小時(shí)
- TimeUnit.MINUTES:分
- TimeUnit.SECONDS:秒
- TimeUnit.MILLISECONDS:毫秒
- TimeUnit.MICROSECONDS:微妙
- TimeUnit.NANOSECONDS:納秒
參數(shù) 5:workQueue
一個(gè)阻塞隊(duì)列,用來(lái)存儲(chǔ)線程池等待執(zhí)行的任務(wù),均為線程安全,它包含以下 7 種類(lèi)型:
- ArrayBlockingQueue:一個(gè)由數(shù)組結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列。
- LinkedBlockingQueue:一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列。
- SynchronousQueue:一個(gè)不存儲(chǔ)元素的阻塞隊(duì)列,即直接提交給線程不保持它們。
- PriorityBlockingQueue:一個(gè)支持優(yōu)先級(jí)排序的無(wú)界阻塞隊(duì)列。
- DelayQueue:一個(gè)使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的無(wú)界阻塞隊(duì)列,只有在延遲期滿時(shí)才能從中提取元素。
- LinkedTransferQueue:一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無(wú)界阻塞隊(duì)列。與SynchronousQueue類(lèi)似,還含有非阻塞方法。
- LinkedBlockingDeque:一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的雙向阻塞隊(duì)列。
較常用的是 LinkedBlockingQueue 和 Synchronous,線程池的排隊(duì)策略與 BlockingQueue 有關(guān)。
參數(shù) 6:threadFactory
線程工廠,主要用來(lái)創(chuàng)建線程,默認(rèn)為正常優(yōu)先級(jí)、非守護(hù)線程。
參數(shù) 7:handler
拒絕策略,拒絕處理任務(wù)時(shí)的策略,系統(tǒng)提供了 4 種可選:
- AbortPolicy:拒絕并拋出異常。
- CallerRunsPolicy:使用當(dāng)前調(diào)用的線程來(lái)執(zhí)行此任務(wù)。
- DiscardOldestPolicy:拋棄隊(duì)列頭部(最舊)的一個(gè)任務(wù),并執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)。
- DiscardPolicy:忽略并拋棄當(dāng)前任務(wù)。
默認(rèn)策略為 AbortPolicy。
線程池的執(zhí)行流程
ThreadPoolExecutor 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行流程如下:
- 當(dāng)線程數(shù)小于核心線程數(shù)時(shí),創(chuàng)建線程。
- 當(dāng)線程數(shù)大于等于核心線程數(shù),且任務(wù)隊(duì)列未滿時(shí),將任務(wù)放入任務(wù)隊(duì)列。
- 當(dāng)線程數(shù)大于等于核心線程數(shù),且任務(wù)隊(duì)列已滿:若線程數(shù)小于最大線程數(shù),創(chuàng)建線程;若線程數(shù)等于最大線程數(shù),拋出異常,拒絕任務(wù)。
線程池的執(zhí)行流程如下圖所示:
線程拒絕策略
我們來(lái)演示一下 ThreadPoolExecutor 的拒絕策略的觸發(fā),我們使用 DiscardPolicy 的拒絕策略,它會(huì)忽略并拋棄當(dāng)前任務(wù)的策略,實(shí)現(xiàn)代碼如下:
public static void main(String[] args) { // 任務(wù)的具體方法 Runnable runnable = new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("當(dāng)前任務(wù)被執(zhí)行,執(zhí)行時(shí)間:" + new Date() + " 執(zhí)行線程:" + Thread.currentThread().getName()); try { // 等待 1s TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }; // 創(chuàng)建線程,線程的任務(wù)隊(duì)列的長(zhǎng)度為 1 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1), new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); // 添加并執(zhí)行 4 個(gè)任務(wù) threadPool.execute(runnable); threadPool.execute(runnable); threadPool.execute(runnable); threadPool.execute(runnable); }
我們創(chuàng)建了一個(gè)核心線程數(shù)和最大線程數(shù)都為 1 的線程池,并且給線程池的任務(wù)隊(duì)列設(shè)置為 1,這樣當(dāng)我們有 2 個(gè)以上的任務(wù)時(shí)就會(huì)觸發(fā)拒絕策略,執(zhí)行的結(jié)果如下圖所示:
從上述結(jié)果可以看出只有兩個(gè)任務(wù)被正確執(zhí)行了,其他多余的任務(wù)就被舍棄并忽略了。其他拒絕策略的使用類(lèi)似,這里就不一一贅述了。
自定義拒絕策略
除了 Java 自身提供的 4 種拒絕策略之外,我們也可以自定義拒絕策略,示例代碼如下:
public static void main(String[] args) { // 任務(wù)的具體方法 Runnable runnable = new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("當(dāng)前任務(wù)被執(zhí)行,執(zhí)行時(shí)間:" + new Date() + " 執(zhí)行線程:" + Thread.currentThread().getName()); try { // 等待 1s TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }; // 創(chuàng)建線程,線程的任務(wù)隊(duì)列的長(zhǎng)度為 1 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1), new RejectedExecutionHandler() { @Override public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) { // 執(zhí)行自定義拒絕策略的相關(guān)操作 System.out.println("我是自定義拒絕策略~"); } }); // 添加并執(zhí)行 4 個(gè)任務(wù) threadPool.execute(runnable); threadPool.execute(runnable); threadPool.execute(runnable); threadPool.execute(runnable); }
程序的執(zhí)行結(jié)果如下:
究竟選用哪種線程池?
經(jīng)過(guò)以上的學(xué)習(xí)我們對(duì)整個(gè)線程池也有了一定的認(rèn)識(shí)了,那究竟該如何選擇線程池呢?
我們來(lái)看下阿里巴巴《Java開(kāi)發(fā)手冊(cè)》給我們的答案:
【強(qiáng)制】線程池不允許使用 Executors 去創(chuàng)建,而是通過(guò) ThreadPoolExecutor 的方式,這樣的處理方式讓寫(xiě)的同學(xué)更加明確線程池的運(yùn)行規(guī)則,規(guī)避資源耗盡的風(fēng)險(xiǎn)。
說(shuō)明:Executors 返回的線程池對(duì)象的弊端如下:
1) FixedThreadPool 和 SingleThreadPool:允許的請(qǐng)求隊(duì)列長(zhǎng)度為 Integer.MAX_VALUE,可能會(huì)堆積大量的請(qǐng)求,從而導(dǎo)致 OOM。
2)CachedThreadPool:允許的創(chuàng)建線程數(shù)量為 Integer.MAX_VALUE,可能會(huì)創(chuàng)建大量的線程,從而導(dǎo)致 OOM。
所以綜上情況所述,我們推薦使用 ThreadPoolExecutor 的方式進(jìn)行線程池的創(chuàng)建,因?yàn)檫@種創(chuàng)建方式更可控,并且更加明確了線程池的運(yùn)行規(guī)則,可以規(guī)避一些未知的風(fēng)險(xiǎn)。
到此這篇關(guān)于很多人竟然不知道Java線程池的創(chuàng)建方式有7種 的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java線程池創(chuàng)建內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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