淺談Java線(xiàn)程池的7大核心參數

目錄

前言

java中經(jīng)常需要用到多線(xiàn)程來(lái)處理一些業(yè)務(wù)，我不建議單純使用繼承Thread或者實(shí)現Runnable接口的方式來(lái)創(chuàng )建線(xiàn)程，那樣勢必有創(chuàng )建及銷(xiāo)毀線(xiàn)程耗費資源、線(xiàn)程上下文切換問(wèn)題。

同時(shí)創(chuàng )建過(guò)多的線(xiàn)程也可能引發(fā)資源耗盡的風(fēng)險，這個(gè)時(shí)候引入線(xiàn)程池比較合理，方便線(xiàn)程任務(wù)的管理。

java中涉及到線(xiàn)程池的相關(guān)類(lèi)均在jdk1.5開(kāi)始的java.util.concurrent包中，涉及到的幾個(gè)核心類(lèi)及接口包括：

Executor、Executors、ExecutorService、ThreadPoolExecutor、FutureTask、Callable、Runnable等。

一、線(xiàn)程池的創(chuàng )建及重要參數

線(xiàn)程池可以自動(dòng)創(chuàng )建也可以手動(dòng)創(chuàng )建，自動(dòng)創(chuàng )建體現在Executors工具類(lèi)中，常見(jiàn)的可以創(chuàng )建newFixedThreadPool、newCachedThreadPool、newSingleThreadExecutor、newScheduledThreadPool；

手動(dòng)創(chuàng )建體現在可以靈活設置線(xiàn)程池的各個(gè)參數，體現在代碼中即ThreadPoolExecutor類(lèi)構造器上各個(gè)實(shí)參的不同：

 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int var0) {
        return new ThreadPoolExecutor(var0, var0, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue());
  }
	
  public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new Executors.FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue()));
  }
 
  public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, 2147483647, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue());
  }
 
  public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int var0) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(var0);
  }

（重點(diǎn)）

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                           int maximumPoolSize,
                           long keepAliveTime,
                           TimeUnit unit,
                           BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                           ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {……}

二、ThreadPoolExecutor中重要的幾個(gè)參數詳解

•  corePoolSize：核心線(xiàn)程數，也是線(xiàn)程池中常駐的線(xiàn)程數，線(xiàn)程池初始化時(shí)默認是沒(méi)有線(xiàn)程的，當任務(wù)來(lái)臨時(shí)才開(kāi)始創(chuàng )建線(xiàn)程去執行任務(wù)
• maximumPoolSize：最大線(xiàn)程數，在核心線(xiàn)程數的基礎上可能會(huì )額外增加一些非核心線(xiàn)程，需要注意的是只有當workQueue隊列填滿(mǎn)時(shí)才會(huì )創(chuàng )建多于corePoolSize的線(xiàn)程(線(xiàn)程池總線(xiàn)程數不超過(guò)maxPoolSize)
• keepAliveTime：非核心線(xiàn)程的空閑時(shí)間超過(guò)keepAliveTime就會(huì )被自動(dòng)終止回收掉，注意當corePoolSize=maxPoolSize時(shí)，keepAliveTime參數也就不起作用了(因為不存在非核心線(xiàn)程)；
• unit：keepAliveTime的時(shí)間單位
• workQueue：用于保存任務(wù)的隊列，可以為無(wú)界、有界、同步移交三種隊列類(lèi)型之一，當池子里的工作線(xiàn)程數大于corePoolSize時(shí)，這時(shí)新進(jìn)來(lái)的任務(wù)會(huì )被放到隊列中
• threadFactory：創(chuàng )建線(xiàn)程的工廠(chǎng)類(lèi)，默認使用Executors.defaultThreadFactory()，也可以使用guava庫的ThreadFactoryBuilder來(lái)創(chuàng )建
• handler：線(xiàn)程池無(wú)法繼續接收任務(wù)(隊列已滿(mǎn)且線(xiàn)程數達到maximunPoolSize)時(shí)的飽和策略，取值有AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardOldestPolicy、DiscardPolicy
  

 線(xiàn)程池中的線(xiàn)程創(chuàng )建流程圖：

（基于<Java并發(fā)編程的藝術(shù)>一書(shū)）

舉個(gè)例子：

現有一個(gè)線(xiàn)程池，corePoolSize=10，maxPoolSize=20，隊列長(cháng)度為100，那么當任務(wù)過(guò)來(lái)會(huì )先創(chuàng )建10個(gè)核心線(xiàn)程數，接下來(lái)進(jìn)來(lái)的任務(wù)會(huì )進(jìn)入到隊列中直到隊列滿(mǎn)了，會(huì )創(chuàng )建額外的線(xiàn)程來(lái)執行任務(wù)(最多20個(gè)線(xiàn)程)，這個(gè)時(shí)候如果再來(lái)任務(wù)就會(huì )執行拒絕策略。

三、workQueue隊列（阻塞隊列）

SynchronousQueue(同步移交隊列)：隊列不作為任務(wù)的緩沖方式，可以簡(jiǎn)單理解為隊列長(cháng)度為零LinkedBlockingQueue(無(wú)界隊列)：隊列長(cháng)度不受限制，當請求越來(lái)越多時(shí)(任務(wù)處理速度跟不上任務(wù)處理速度造成請求堆積)可能導致內存占用過(guò)多或OOMArrayBlockintQueue(有界隊列)：隊列長(cháng)度受限，當隊列滿(mǎn)了就需要創(chuàng )建多余的線(xiàn)程來(lái)執行任務(wù)

四、常見(jiàn)的幾種自動(dòng)創(chuàng )建線(xiàn)程池方式

自動(dòng)創(chuàng )建線(xiàn)程池的幾種方式都封裝在Executors工具類(lèi)中：

newFixedThreadPool：使用的構造方式為new ThreadPoolExecutor(var0, var0, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue())，設置了corePoolSize=maxPoolSize，keepAliveTime=0(此時(shí)該參數沒(méi)作用)，無(wú)界隊列，任務(wù)可以無(wú)限放入，當請求過(guò)多時(shí)(任務(wù)處理速度跟不上任務(wù)提交速度造成請求堆積)可能導致占用過(guò)多內存或直接導致OOM異常
newSingleThreadExector：使用的構造方式為new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue(), var0)，基本同newFixedThreadPool，但是將線(xiàn)程數設置為了1，單線(xiàn)程，弊端和newFixedThreadPool一致

newCachedThreadPool： 使用的構造方式為new ThreadPoolExecutor(0, 2147483647, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue())，corePoolSize=0，maxPoolSize為很大的數，同步移交隊列，也就是說(shuō)不維護常駐線(xiàn)程(核心線(xiàn)程)，每次來(lái)請求直接創(chuàng )建新線(xiàn)程來(lái)處理任務(wù)，也不使用隊列緩沖，會(huì )自動(dòng)回收多余線(xiàn)程，由于將maxPoolSize設置成Integer.MAX_VALUE，當請求很多時(shí)就可能創(chuàng )建過(guò)多的線(xiàn)程，導致資源耗盡OOM

newScheduledThreadPool：使用的構造方式為new ThreadPoolExecutor(var1, 2147483647, 0L, TimeUnit.NANOSECONDS, new ScheduledThreadPoolExecutor.DelayedWorkQueue())，支持定時(shí)周期性執行，注意一下使用的是延遲隊列，弊端同newCachedThreadPool一致

所以根據上面分析我們可以看到，FixedThreadPool和SigleThreadExecutor中之所以用LinkedBlockingQueue無(wú)界隊列，是因為設置了corePoolSize=maxPoolSize，線(xiàn)程數無(wú)法動(dòng)態(tài)擴展，于是就設置了無(wú)界阻塞隊列來(lái)應對不可知的任務(wù)量；而CachedThreadPool則使用的是SynchronousQueue同步移交隊列，為什么使用這個(gè)隊列呢？

因為CachedThreadPool設置了corePoolSize=0，maxPoolSize=Integer.MAX_VALUE，來(lái)一個(gè)任務(wù)就創(chuàng )建一個(gè)線(xiàn)程來(lái)執行任務(wù)，用不到隊列來(lái)存儲任務(wù)；SchduledThreadPool用的是延遲隊列DelayedWorkQueue。在實(shí)際項目開(kāi)發(fā)中也是推薦使用手動(dòng)創(chuàng )建線(xiàn)程池的方式，而不用默認方式。

關(guān)于這點(diǎn)在《阿里巴巴開(kāi)發(fā)規范》中是這樣描述的：

handler拒絕策略

• AbortPolicy：中斷拋出異常
• DiscardPolicy：默默丟棄任務(wù)，不進(jìn)行任何通知
• DiscardOldestPolicy：丟棄掉在隊列中存在時(shí)間最久的任務(wù)
• CallerRunsPolicy：讓提交任務(wù)的線(xiàn)程去執行任務(wù)(對比前三種比較友好一丟丟

關(guān)閉線(xiàn)程池

• shutdownNow()：立即關(guān)閉線(xiàn)程池(暴力)，正在執行中的及隊列中的任務(wù)會(huì )被中斷，同時(shí)該方法會(huì )返回被中斷的隊列中的任務(wù)列表
• shutdown()：平滑關(guān)閉線(xiàn)程池，正在執行中的及隊列中的任務(wù)能執行完成，后續進(jìn)來(lái)的任務(wù)會(huì )被執行拒絕策略i
• sTerminated()：當正在執行的任務(wù)及對列中的任務(wù)全部都執行（清空）完就會(huì )返回true。

五、線(xiàn)程池實(shí)現線(xiàn)程復用的原理

   1.線(xiàn)程池里執行的是任務(wù),核心邏輯在ThreadPoolExecutor類(lèi)的execute方法中,同時(shí)ThreadPoolExecutor中維護了HashSet<Worker> workers;
    2.addWorker()方法來(lái)創(chuàng )建線(xiàn)程執行任務(wù),如果是核心線(xiàn)程的任務(wù),會(huì )賦值給Worker的firstTask屬性;
    3.Worker實(shí)現了Runnable,本質(zhì)上也是任務(wù),核心在run()方法里;
    4.run()方法的執行核心runWorker(),自旋拿任務(wù)while (task != null || (task = getTask()) != null)),task是核心線(xiàn)程Worker的firstTask或者getTask();
    5.getTask()的核心邏輯:
            1.若當前工作線(xiàn)程數量大于核心線(xiàn)程數->說(shuō)明此線(xiàn)程是非核心工作線(xiàn)程,通過(guò)poll()拿任務(wù),未拿到任務(wù)即getTask()返回null,然后會(huì )在processWorkerExit(w, completedAbruptly)方法釋放掉這個(gè)非核心工作線(xiàn)程的引用;
            2.若當前工作線(xiàn)程數量小于核心線(xiàn)程數->說(shuō)明此時(shí)線(xiàn)程是核心工作線(xiàn)程,通過(guò)take()拿任務(wù)
            3.take()方式取任務(wù),如果隊列中沒(méi)有任務(wù)了會(huì )調用await()阻塞當前線(xiàn)程,直到新任務(wù)到來(lái),所以核心工作線(xiàn)程不會(huì )被回收; 當執行execute方法里的workQueue.offer(command)時(shí)會(huì )調用Condition.singal()方法喚醒一個(gè)之前阻塞的線(xiàn)程,這樣核心線(xiàn)程即可復用
 

六、手動(dòng)創(chuàng )建線(xiàn)程池(推薦)

那么上面說(shuō)了使用Executors工具類(lèi)創(chuàng )建的線(xiàn)程池有隱患，那如何使用才能避免這個(gè)隱患呢？對癥下藥，建立自己的線(xiàn)程工廠(chǎng)類(lèi)，靈活設置關(guān)鍵參數：

//這里默認拒絕策略為AbortPolicy
private static ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10,10,60L, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue(10));

使用guava包中的ThreadFactoryBuilder工廠(chǎng)類(lèi)來(lái)構造線(xiàn)程池:

private static ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().build();
 
private static ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(10, 10, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10), threadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

通過(guò)guava的ThreadFactory工廠(chǎng)類(lèi)還可以指定線(xiàn)程組名稱(chēng)，這對于后期定位錯誤時(shí)也是很有幫助的

ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("thread-pool-d%").build();

七、Springboot中使用線(xiàn)程池

springboot可以說(shuō)是非常流行了，下面說(shuō)說(shuō)如何在springboot中優(yōu)雅的使用線(xiàn)程池

/**
 * @ClassName ThreadPoolConfig
 * @Description 配置類(lèi)中構建線(xiàn)程池實(shí)例，方便調用
 * @Author ww
 * @Date 2021/5/11
 * Version  1.0
 */
@Configuration
public class ThreadPoolConfig {
    @Bean(value = "threadPoolInstance")
    public ExecutorService createThreadPoolInstance() {
        //通過(guò)guava類(lèi)庫的ThreadFactoryBuilder來(lái)實(shí)現線(xiàn)程工廠(chǎng)類(lèi)并設置線(xiàn)程名稱(chēng)
        ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("thread-pool-%d").build();
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(10, 16, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(100), threadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        return threadPool;
    }
}

/**
 * @ClassName ThreadPoolConfig
 * @Description 配置類(lèi)中構建線(xiàn)程池實(shí)例，方便調用
 * @Author ww
 * @Date 2021/5/11
 * Version  1.0
 */
@Configuration
public class ThreadPoolConfig {
    @Bean(value = "threadPoolInstance")
    public ExecutorService createThreadPoolInstance() {
        //通過(guò)guava類(lèi)庫的ThreadFactoryBuilder來(lái)實(shí)現線(xiàn)程工廠(chǎng)類(lèi)并設置線(xiàn)程名稱(chēng)
        ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("thread-pool-%d").build();
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(10, 16, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(100), threadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        return threadPool;
    }
}

其它相關(guān)

在ThreadPoolExecutor類(lèi)中有兩個(gè)比較重要的方法引起了我的注意：beforeExecute和afterExecute

 protected void beforeExecute(Thread var1, Runnable var2) {
 }
 
 protected void afterExecute(Runnable var1, Throwable var2) {
 }

這兩個(gè)方法是protected修飾的，很顯然是留給開(kāi)發(fā)人員去重寫(xiě)方法體實(shí)現自己的業(yè)務(wù)邏輯，非常適合做鉤子函數，在任務(wù)run方法的前后增加業(yè)務(wù)邏輯，比如添加日志、統計等。

這個(gè)和我們springmvc中攔截器的preHandle和afterCompletion方法很類(lèi)似，都是對方法進(jìn)行環(huán)繞，類(lèi)似于spring的AOP。

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