java並發線程池：詳解ThreadPoolExecutor
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- 2018-08-08 11:23:141855瀏覽
總結:線程池的特點是，在線程的數量=corePoolSize後，僅任務隊列滿了之後，才會從任務隊列中取出一個任務，然後構造一個新的線程，循環往復直到線程數量達到maximumPoolSize執行拒絕策略。
線程池-intsmaze
線程池的想法是：在系統中開闢一塊區域，其中存放一些待命的線程，這個區域被稱為線程池。如果有需要執行的任務，則從執行緒池中藉一個待命的執行緒來執行指定的任務，到任務結束可以再將所借執行緒歸還。這樣就避免了大量重複創建線程對象，浪費CPU，記憶體資源。
自訂執行緒池-intsmaze
如果觀察jdk提供的各種執行緒池的原始碼實作可以發現，除了jdk8新增的執行緒池newWorkStealingPool以外，都是基於對ThreadPoolExecutor的封裝實現，所以先來講解ThreadPoolExecutor的具體功能。
ThreadPoolExecutor詳解-intsmaze
#ThreadPoolExecutor( corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)
corePoolSize：指定執行緒池中執行緒數量
maximumPoolSize:最大執行緒數量
keepAliveTime：當線程數量超過corePoolSize時，多於的空閒線程的存活時間（超過這段時間，該空閒線程會被銷毀）。
unit:keepAliveTime的時間單位
workQueue:任務佇列，提交但是未執行的任務
threadFactory:建立執行緒的執行緒工廠，預設即可
handler:拒絕策略，當任務太多來不及處理，如何拒絕任務，預設為new AbortPolicy()策略。
ExecutorService es = new ThreadPoolExecutor(3, 8, 60L,
TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
Executors.defaultThreadFactory(), new RejectedExecutionHandler() { public void rejectedExecution(Runnable r,
ThreadPoolExecutor executor) {
System.out.println("discard");
}
});
任務佇列--存放runnable物件-intsmaze
總結:執行緒池的特點是，在執行緒的數量= corePoolSize後，僅任務佇列滿了之後，才會從任務佇列中取出一個任務，然後建構一個新的線程，循環往復直到線程數量達到maximumPoolSize執行拒絕策略。
只要佇列實作BlockingQueue介面即可，注意ConcurrentLinkedQueue實作的最頂層的queue介面所以不能用在這裡。
常用的有如下:
SynchronousQueue：直接提交佇列，該佇列沒有容量，每一個插入操作都要等待一個對應的刪除操作，反之，每一個刪除操作都要等待對應的插入操作。所以他不保存任務，總是將任務提交給線程執行，如果沒有空閒的線程，則創建新的線程，當線程數量達到最大，則執行拒絕策略。
ArrayBlockingQueue：有界任務佇列，執行緒池的執行緒數小於corePoolSize，則建立新的線程，大於corePoolSize，則將新的任務加入等待隊列。若等待佇列已滿，則在總執行緒不大於maximumPoolSize下，建立新的執行緒執行任務，大於maximumPoolSize則執行拒絕策略。
LinkedBlockingQueue：無界佇列，除非系統資源耗盡，否則不存在任務入隊失敗的情況。線程池的線程數小於corePoolSize，則建立新的線程，大於corePoolSize，則將新的任務加入等待佇列。
PriortyBlockingQueue：優先任務佇列,可以控制任務的執行先後順序，是無界佇列。 ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue都是依照先進先出演算法處理任務的，PriorityBlockingQueue可以依照任務本身的優先順序先後執行。
拒絕策略-intsmaze
執行緒池中的執行緒用完了，同時等待佇列中的任務已經塞滿了，再也塞不下新任務了，就需要拒絕策略:處理任務數量超過系統實際承受能力時，處理方式。
jdk內建四種拒絕策略：
AbortPolicy:直接拋出例外(預設策略),就算執行緒池有空閒了，後面的執行緒也無法在執行了，要想後面的執行緒可以運行，要捕捉異常訊息。
CallerRunsPolicy:此策略直接在呼叫者執行緒中執行目前被丟棄的任務。顯然這樣做不會真的丟棄任務，但是任務提交線程的效能極有可能會急劇下降。
DiscardOldestPolicy:將丟棄最老的一個請求，也就是即將被執行的一個任務，並嘗試再次提交目前任務。
DiscardPolicy:默默丟棄無法處理的任務，不予任何處理。如果允許任務遺失，這可能是最好的解決方案。在線程池不空閒的時候，提交的任務都會丟棄，當有空閒的線程時提交的任務會執行。
下面是jdk的拒絕策略來源碼-intsmaze
public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler { public CallerRunsPolicy() { } /**
* 直接在调用者线程中运行当前被丢弃的任务 */
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { if (!e.isShutdown()) {
r.run();
}
}
} public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler { public AbortPolicy() { } public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
" rejected from " +
e.toString());
}
} public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler { public DiscardPolicy() { } /**
* Does nothing, which has the effect of discarding task r. */
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
}
} public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler { public DiscardOldestPolicy() { } /**
* 将丢弃最老的一个请求，也就是即将被执行的一个任务，并尝试再次提交当前任务。 */
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { if (!e.isShutdown()) {
e.getQueue().poll();
e.execute(r);
}
}
}#总结:AbortPolicy策略下，我们要catch异常，这样我们可以捕获到哪些任务被丢弃了。如果采用其他的策略，丢弃的任务无法定位的，只能通过下列程序中es.submit(new MyTask(i));任务之前打印该任务，运行任务的run()逻辑是，在打印任务信息，两处日志比对来定位哪些任务被丢弃了。
public class MyTask implements Runnable
{ private int number;
public MyTask(int number) { super(); this.number = number;
} public void run() {
System.out.println(System.currentTimeMillis()+"thread id:"+Thread.currentThread().getId()+"==="+number); try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
} public static void main(String[] args) {// ExecutorService es=new ThreadPoolExecutor(5,5,60L, TimeUnit.SECONDS,
// new ArrayBlockingQueue<Runnable>(1), Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
// ExecutorService es=new ThreadPoolExecutor(5,5,60L, TimeUnit.SECONDS,// new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5), Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
// ExecutorService es=new ThreadPoolExecutor(5,5,60L, TimeUnit.SECONDS,// new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5), Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
ExecutorService es=new ThreadPoolExecutor(5,5,60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5), Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); for(int i=0;i<10000;i++)
{ try {
System.out.println(i);
es.submit(new MyTask(i));
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
System.out.println("------------------------"+i);
}
}
}
线程池执行逻辑源码解析-intsmaze
public Future<?> submit(Runnable task) { if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
execute(ftask); return ftask;
}
/**
* Executes the given task sometime in the future. The task
* may execute in a new thread or in an existing pooled thread.
*
* If the task cannot be submitted for execution, either because this
* executor has been shutdown or because its capacity has been reached,
* the task is handled by the current {@code RejectedExecutionHandler}.
*
* @param command the task to execute
* @throws RejectedExecutionException at discretion of
* {@code RejectedExecutionHandler}, if the task
* cannot be accepted for execution
* @throws NullPointerException if {@code command} is null */
public void execute(Runnable command) { if (command == null) throw new NullPointerException(); /*
* Proceed in 3 steps:
*
* 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
* start a new thread with the given command as its first
* task. The call to addWorker atomically checks runState and
* workerCount, and so prevents false alarms that would add
* threads when it shouldn't, by returning false.
*如果少于corePoolSize线程正在运行，首先尝试用给定的命令启动一个新的线程任务。
自动调用addWorker检查runState和workerCount，
* 2. If a task can be successfully queued, then we still need
* to double-check whether we should have added a thread
* (because existing ones died since last checking) or that
* the pool shut down since entry into this method. So we
* recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
* stopped, or start a new thread if there are none.
*如果任务可以成功排队，那么我们仍然需要
仔细检查我们是否应该添加一个线程
（因为现有的自从上次检查后死亡）或者那个
自进入该方法以来，该池关闭。 所以我们
重新检查状态，如果有必要的话回滚队列
停止，或者如果没有的话就开始一个新的线程。
* 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
* thread. If it fails, we know we are shut down or saturated
* and so reject the task. */
int c = ctl.get(); if (workerCountOf(c) < corePoolSize) { if (addWorker(command, true)) return;
c = ctl.get();
} if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) { int recheck = ctl.get(); if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);//队列满了，执行拒绝策略
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
} else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
final void reject(Runnable command) {
handler.rejectedExecution(command, this);//这里就是调用我们传入的拒绝策略对象的方法 }
/**
* Dispatch an uncaught exception to the handler. This method is
* intended to be called only by the JVM. */
private void dispatchUncaughtException(Throwable e) {
getUncaughtExceptionHandler().uncaughtException(this, e);
}
jdk的线程池实现类-intsmaze
newFixedThreadPoo-intsmaze
任务队列为LinkedBlockingQueue中（长度无限），线程数量和最大线程数量相同。功能参考前面的任务队列总结。
ExecutorService es=Executors.newFixedThreadPool(5);//参数同时指定线程池中线程数量为5，最大线程数量为5public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}newSingleThreadExecutor-intsmaze
任务队列LinkedBlockingQueue中（长度无限）,线程数量和最大线程数量均为1。
ExecutorService es=Executors.newSingleThreadExecutor();//线程池中线程数量和最大线程数量均为1.public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
newCachedThreadPool-intsmaze
任务队列为SynchronousQueue，线程数量为0，最大线程数量为Integer.MAX_VALUE，所以只要有任务没有空闲线程就会创建就新线程。
ExecutorService es=Executors.newCachedThreadPool();//指定线程池中线程数量为0，最大线程数量为Integer.MAX_VALUE,任务队列为SynchronousQueuepublic static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());
}newScheduledThreadPool- -定时线程-intsmaze
任务队列为new DelayedWorkQueue()，返回的对象在ExecutorService接口上扩展了在指定时间执行某认为的功能，在某个固定的延时之后执行或周期性执行某个任务。
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) { return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) { super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue());
}public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue) { this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}
newSingleThreadScheduledExecutor- -定时线程-intsmaze
相当于newScheduledThreadPool(int corePoolSize)中corePoolSize设置为1。
ScheduledExecutorService es=Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
延迟线程池
class MyScheduledTask implements Runnable
{ private String tname; public MyScheduledTask(String tname)
{ this.tname=tname;
} public void run()
{
System.out.println(tname+"任务时延2秒执行！！！");
}
}public class intsmaze
{ public static void main(String[] args)
{ ScheduledExecutorService scheduledThreadPool =Executors.newScheduledThreadPool(2);
MyScheduledTask mt1=new MyScheduledTask("MT1");
scheduledThreadPool.schedule(mt1,2,TimeUnit.SECONDS);
}
}
newWorkStealingPool java8新增连接池-intsmaze
public static ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism) { return new ForkJoinPool
(parallelism,
ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory, null, true);
}//创建指定数量的线程池来执行给定的并行级别，还会使用多个队列减少竞争
public static ExecutorService newWorkStealingPool() { return new ForkJoinPool
(Runtime.getRuntime().availableProcessors(),
ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory, null, true);
}//前一个方法的简化，如果当前机器有4个CPU，则目标的并行级别被设置为4。关闭线程池(很少使用，除了切换数据源时需要控制)-intsmaze
希望程序执行完所有任务后退出，调用ExecutorService接口中的shutdown(),shutdownNow()方法。
用完一个线程池后，应该调用该线程池的shutdown方法，将启动线程池的关闭序列。调用shutdown方法后，线程池不在接收新的任务，但是会将以前所有已经提交的任务执行完。当线程池中的所有任务都执行完后，线程池中的所有线程都会死亡；shutdownNow方法会试图停止所有正在执行的活动任务，暂停处理正在等待的任务，并返回等待执行的任务列表。
线程池优化-intsmaze
一般来说确定线程池的大小需要考虑CPU数量，内存大小，JDBC连接等因素。在《java并发编程实践》一书中给出了一个估算线程池大小的经验公式:
Ncpu=CPU的数量
Ucpu=目标CPU的使用率，0<=Ucpu<=1
W/C=等待时间与计算时间的比率
为保持处理器达到期望的使用率，最优的线程池的大小等于:
Nthreads=Ncpu*Ucpu*(1+W/C)
在java中，可以通过
Runtime.getRuntime().availableProcessors()
取得可以CPU数量。
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ThreadPoolExecutor线程池之submit方法
JAVA中ThreadPoolExecutor线程池的submit方法详解
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