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Java線程池的分析和使用詳解

 更新時間:2021年11月05日 10:49:09   作者:方 騰飛  
本篇文章主要介紹了Java線程池的分析和使用,小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧

1.    引言

合理利用線程池能夠帶來三個好處。

第一:降低資源消耗。通過重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗。

第二:提高響應(yīng)速度。當(dāng)任務(wù)到達(dá)時,任務(wù)可以不需要的等到線程創(chuàng)建就能立即執(zhí)行。

第三:提高線程的可管理性。線程是稀缺資源,如果無限制的創(chuàng)建,不僅會消耗系統(tǒng)資源,還會降低系統(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。但是要做到合理的利用線程池,必須對其原理了如指掌。

2.線程池的使用線程池的創(chuàng)建

我們可以通過ThreadPoolExecutor來創(chuàng)建一個線程池。

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize,
keepAliveTime, milliseconds,runnableTaskQueue, threadFactory,handler);

創(chuàng)建一個線程池需要輸入幾個參數(shù):

  • corePoolSize(線程池的基本大?。寒?dāng)提交一個任務(wù)到線程池時,線程池會創(chuàng)建一個線程來執(zhí)行任務(wù),即使其他空閑的基本線程能夠執(zhí)行新任務(wù)也會創(chuàng)建線程,等到需要執(zhí)行的任務(wù)數(shù)大于線程池基本大小時就不再創(chuàng)建。如果調(diào)用了線程池的prestartAllCoreThreads方法,線程池會提前創(chuàng)建并啟動所有基本線程。
  • runnableTaskQueue(任務(wù)隊列):用于保存等待執(zhí)行的任務(wù)的阻塞隊列??梢赃x擇以下幾個阻塞隊列。

1.ArrayBlockingQueue:是一個基于數(shù)組結(jié)構(gòu)的有界阻塞隊列,此隊列按 FIFO(先進(jìn)先出)原則對元素進(jìn)行排序。

2.LinkedBlockingQueue:一個基于鏈表結(jié)構(gòu)的阻塞隊列,此隊列按FIFO (先進(jìn)先出) 排序元素,吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。靜態(tài)工廠方法Executors.newFixedThreadPool()使用了這個隊列。

3.SynchronousQueue:一個不存儲元素的阻塞隊列。每個插入操作必須等到另一個線程調(diào)用移除操作,否則插入操作一直處于阻塞狀態(tài),吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue,靜態(tài)工廠方法Executors.newCachedThreadPool使用了這個隊列。

4.PriorityBlockingQueue:一個具有優(yōu)先級得無限阻塞隊列。

  • maximumPoolSize(線程池最大大?。壕€程池允許創(chuàng)建的最大線程數(shù)。如果隊列滿了,并且已創(chuàng)建的線程數(shù)小于最大線程數(shù),則線程池會再創(chuàng)建新的線程執(zhí)行任務(wù)。值得注意的是如果使用了無界的任務(wù)隊列這個參數(shù)就沒什么效果。
  • ThreadFactory:用于設(shè)置創(chuàng)建線程的工廠,可以通過線程工廠給每個創(chuàng)建出來的線程設(shè)置更有意義的名字,Debug和定位問題時非常又幫助。

RejectedExecutionHandler(飽和策略):當(dāng)隊列和線程池都滿了,說明線程池處于飽和狀態(tài),那么必須采取一種策略處理提交的新任務(wù)。這個策略默認(rèn)情況下是AbortPolicy,表示無法處理新任務(wù)時拋出異常。以下是JDK1.5提供的四種策略。n  AbortPolicy:直接拋出異常。

1..CallerRunsPolicy:只用調(diào)用者所在線程來運行任務(wù)。

2.DiscardOldestPolicy:丟棄隊列里最近的一個任務(wù),并執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)。

3.DiscardPolicy:不處理,丟棄掉。

4.當(dāng)然也可以根據(jù)應(yīng)用場景需要來實現(xiàn)RejectedExecutionHandler接口自定義策略。如記錄日志或持久化不能處理的任務(wù)。

  • keepAliveTime(線程活動保持時間):線程池的工作線程空閑后,保持存活的時間。所以如果任務(wù)很多,并且每個任務(wù)執(zhí)行的時間比較短,可以調(diào)大這個時間,提高線程的利用率。
  • TimeUnit(線程活動保持時間的單位):可選的單位有天(DAYS),小時(HOURS),分鐘(MINUTES),毫秒(MILLISECONDS),微秒(MICROSECONDS, 千分之一毫秒)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。

向線程池提交任務(wù)

我們可以使用execute提交的任務(wù),但是execute方法沒有返回值,所以無法判斷任務(wù)知否被線程池執(zhí)行成功。通過以下代碼可知execute方法輸入的任務(wù)是一個Runnable類的實例。

threadsPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
}
});

們也可以使用submit 方法來提交任務(wù),它會返回一個future,那么我們可以通過這個future來判斷任務(wù)是否執(zhí)行成功,通過future的get方法來獲取返回值,get方法會阻塞住直到任務(wù)完成,而使用get(long timeout, TimeUnit unit)方法則會阻塞一段時間后立即返回,這時有可能任務(wù)沒有執(zhí)行完。

try {
Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// 處理中斷異常
} catch (ExecutionException e) {
// 處理無法執(zhí)行任務(wù)異常
} finally {
// 關(guān)閉線程池
executor.shutdown();
}

線程池的關(guān)閉

我們可以通過調(diào)用線程池的shutdown或shutdownNow方法來關(guān)閉線程池,但是它們的實現(xiàn)原理不同,shutdown的原理是只是將線程池的狀態(tài)設(shè)置成SHUTDOWN狀態(tài),然后中斷所有沒有正在執(zhí)行任務(wù)的線程。shutdownNow的原理是遍歷線程池中的工作線程,然后逐個調(diào)用線程的interrupt方法來中斷線程,所以無法響應(yīng)中斷的任務(wù)可能永遠(yuǎn)無法終止。

shutdownNow會首先將線程池的狀態(tài)設(shè)置成STOP,然后嘗試停止所有的正在執(zhí)行或暫停任務(wù)的線程,并返回等待執(zhí)行任務(wù)的列表。

只要調(diào)用了這兩個關(guān)閉方法的其中一個,isShutdown方法就會返回true。當(dāng)所有的任務(wù)都已關(guān)閉后,才表示線程池關(guān)閉成功,這時調(diào)用isTerminaed方法會返回true。至于我們應(yīng)該調(diào)用哪一種方法來關(guān)閉線程池,應(yīng)該由提交到線程池的任務(wù)特性決定,通常調(diào)用shutdown來關(guān)閉線程池,如果任務(wù)不一定要執(zhí)行完,則可以調(diào)用shutdownNow。

3.    線程池的分析

流程分析:線程池的主要工作流程如下圖:

Java線程池主要工作流程

從上圖我們可以看出,當(dāng)提交一個新任務(wù)到線程池時,線程池的處理流程如下:

1.首先線程池判斷基本線程池是否已滿?沒滿,創(chuàng)建一個工作線程來執(zhí)行任務(wù)。滿了,則進(jìn)入下個流程。

2.其次線程池判斷工作隊列是否已滿?沒滿,則將新提交的任務(wù)存儲在工作隊列里。滿了,則進(jìn)入下個流程。

3.最后線程池判斷整個線程池是否已滿?沒滿,則創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務(wù),滿了,則交給飽和策略來處理這個任務(wù)。

源碼分析。上面的流程分析讓我們很直觀的了解的線程池的工作原理,讓我們再通過源代碼來看看是如何實現(xiàn)的。線程池執(zhí)行任務(wù)的方法如下:

public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
//如果線程數(shù)小于基本線程數(shù),則創(chuàng)建線程并執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)
if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
//如線程數(shù)大于等于基本線程數(shù)或線程創(chuàng)建失敗,則將當(dāng)前任務(wù)放到工作隊列中。
if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
ensureQueuedTaskHandled(command);
}
//如果線程池不處于運行中或任務(wù)無法放入隊列,并且當(dāng)前線程數(shù)量小于最大允許的線程數(shù)量,則創(chuàng)建一個線程執(zhí)行任務(wù)。
else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
//拋出RejectedExecutionException異常
reject(command); // is shutdown or saturated
}
}

工作線程。線程池創(chuàng)建線程時,會將線程封裝成工作線程Worker,Worker在執(zhí)行完任務(wù)后,還會無限循環(huán)獲取工作隊列里的任務(wù)來執(zhí)行。我們可以從Worker的run方法里看到這點:

public void run() {
     try {
           Runnable task = firstTask;
           firstTask = null;
            while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                    runTask(task);
                    task = null;
            }
      } finally {
             workerDone(this);
      }
}

4.    合理的配置線程池

要想合理的配置線程池,就必須首先分析任務(wù)特性,可以從以下幾個角度來進(jìn)行分析:

1.任務(wù)的性質(zhì):CPU密集型任務(wù),IO密集型任務(wù)和混合型任務(wù)。

2.任務(wù)的優(yōu)先級:高,中和低。

3.任務(wù)的執(zhí)行時間:長,中和短。

4.任務(wù)的依賴性:是否依賴其他系統(tǒng)資源,如數(shù)據(jù)庫連接。

任務(wù)性質(zhì)不同的任務(wù)可以用不同規(guī)模的線程池分開處理。CPU密集型任務(wù)配置盡可能少的線程數(shù)量,如配置Ncpu+1個線程的線程池。IO密集型任務(wù)則由于需要等待IO操作,線程并不是一直在執(zhí)行任務(wù),則配置盡可能多的線程,如2*Ncpu。混合型的任務(wù),如果可以拆分,則將其拆分成一個CPU密集型任務(wù)和一個IO密集型任務(wù),只要這兩個任務(wù)執(zhí)行的時間相差不是太大,那么分解后執(zhí)行的吞吐率要高于串行執(zhí)行的吞吐率,如果這兩個任務(wù)執(zhí)行時間相差太大,則沒必要進(jìn)行分解。我們可以通過Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法獲得當(dāng)前設(shè)備的CPU個數(shù)。

優(yōu)先級不同的任務(wù)可以使用優(yōu)先級隊列PriorityBlockingQueue來處理。它可以讓優(yōu)先級高的任務(wù)先得到執(zhí)行,需要注意的是如果一直有優(yōu)先級高的任務(wù)提交到隊列里,那么優(yōu)先級低的任務(wù)可能永遠(yuǎn)不能執(zhí)行。

執(zhí)行時間不同的任務(wù)可以交給不同規(guī)模的線程池來處理,或者也可以使用優(yōu)先級隊列,讓執(zhí)行時間短的任務(wù)先執(zhí)行。

依賴數(shù)據(jù)庫連接池的任務(wù),因為線程提交SQL后需要等待數(shù)據(jù)庫返回結(jié)果,如果等待的時間越長CPU空閑時間就越長,那么線程數(shù)應(yīng)該設(shè)置越大,這樣才能更好的利用CPU。

建議使用有界隊列,有界隊列能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和預(yù)警能力,可以根據(jù)需要設(shè)大一點,比如幾千。有一次我們組使用的后臺任務(wù)線程池的隊列和線程池全滿了,不斷的拋出拋棄任務(wù)的異常,通過排查發(fā)現(xiàn)是數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)了問題,導(dǎo)致執(zhí)行SQL變得非常緩慢,因為后臺任務(wù)線程池里的任務(wù)全是需要向數(shù)據(jù)庫查詢和插入數(shù)據(jù)的,所以導(dǎo)致線程池里的工作線程全部阻塞住,任務(wù)積壓在線程池里。如果當(dāng)時我們設(shè)置成無界隊列,線程池的隊列就會越來越多,有可能會撐滿內(nèi)存,導(dǎo)致整個系統(tǒng)不可用,而不只是后臺任務(wù)出現(xiàn)問題。當(dāng)然我們的系統(tǒng)所有的任務(wù)是用的單獨的服務(wù)器部署的,而我們使用不同規(guī)模的線程池跑不同類型的任務(wù),但是出現(xiàn)這樣問題時也會影響到其他任務(wù)。

5.    線程池的監(jiān)控

通過線程池提供的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。線程池里有一些屬性在監(jiān)控線程池的時候可以使用

  • taskCount:線程池需要執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量。
  • completedTaskCount:線程池在運行過程中已完成的任務(wù)數(shù)量。小于或等于taskCount。
  • largestPoolSize:線程池曾經(jīng)創(chuàng)建過的最大線程數(shù)量。通過這個數(shù)據(jù)可以知道線程池是否滿過。如等于線程池的最大大小,則表示線程池曾經(jīng)滿了。
  • getPoolSize:線程池的線程數(shù)量。如果線程池不銷毀的話,池里的線程不會自動銷毀,所以這個大小只增不減。
  • getActiveCount:獲取活動的線程數(shù)。

通過擴(kuò)展線程池進(jìn)行監(jiān)控。通過繼承線程池并重寫線程池的beforeExecute,afterExecute和terminated方法,我們可以在任務(wù)執(zhí)行前,執(zhí)行后和線程池關(guān)閉前干一些事情。如監(jiān)控任務(wù)的平均執(zhí)行時間,最大執(zhí)行時間和最小執(zhí)行時間等。這幾個方法在線程池里是空方法。如:

<b>protected</b> <b>void</b> beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }

總結(jié)

本篇文章就到這里了,希望能夠給你帶來幫助,也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!

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