Java線程池（一），java線程池

Java線程池（一），java線程池
為何使用線程池？

• 第一：降低資源消耗。通過重複利用已建立的線程降低線程建立和銷毀造成的消耗。

• 第二：提高響應速度。當任務到達時，任務可以不需要等到線程建立就能立即執行。

• 第三：提高線程的可管理性。線程是稀缺資源，如果無限制地建立，不僅會消耗系統資源，還會降低系統的穩定性，使用線程池可以進行統一分配、調優和監控。

線程池如何處理任務？

先看線程池處理任務的機製圖：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

從中可以看出，當提交一個新任務到線程池時，線程池的處理流程如下：

1. 線程池判斷核心線程池裡的線程是否都在執行任務。如果不是，則建立一個新的背景工作執行緒來執行任務。如果核心線程池裡的線程都在執行任務，則進入下個流程。

2. 線程池判斷工作隊列是否已經滿。如果工作隊列沒有滿，則將新提交的任務儲存在這個工作隊列裡。如果工作隊列滿了，則進入下個流程。

3. 線程池判斷線程池的線程是否都處於工作狀態。如果沒有，則建立一個新的背景工作執行緒來執行任務。如果已經滿了，則交給飽和策略來處理這個任務。

ThreadPoolExecutor執行execute方法分下面4種情況：

1. 如果當前啟動並執行線程少於corePoolSize，則建立新線程來執行任務（注意，執行這一步驟需要擷取全域鎖）。

2. 如果啟動並執行線程等於或多於corePoolSize，則將任務加入BlockingQueue。

3. 如果無法將任務加入BlockingQueue（隊列已滿），則建立新的線程來處理任務（注意，執行這一步驟需要擷取全域鎖）。

4. 如果建立新線程將使當前啟動並執行線程超出maximumPoolSize，任務將被拒絕，並調用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。

下面是ThreadPoolExecutor的執行流程圖：

           如何建立一個線程池？

建立線程池很簡單，Java提供了ThreadPoolExecutor類。下面的語句就能建立一個大小為10的線程池。

1 new ThreadPoolExecutor(10,10,1,TimeUnit.DAYS);

先來看看ThreadPoolExecutor類的方法簽名：

 1 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,        //線程池基本大小 2                           int maximumPoolSize,    //線程池最大線程數 3                           long keepAliveTime,    //線程活動保持時間 4                           TimeUnit unit,        //線程啟用時間單位 5                           BlockingQueue<Runnable> workQueue, 6  7 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,        //線程池基本大小 8                           int maximumPoolSize,    //線程池最大線程數 9                           long keepAliveTime,    //線程活動保持時間10                           TimeUnit unit,        //線程啟用時間單位11                           BlockingQueue<Runnable> workQueue,    //任務隊列12                           ThreadFactory threadFactory,        //產生線程的工廠13                           RejectedExecutionHandler handler    //飽和策略);

下面詳細的講解一下這幾個參數：

• corePoolSize（線程池的基本大小）：當提交一個任務到線程池時，線程池會建立一個線程來執行任務，即使其他閒置基本線程能夠執行新任務也會建立線程，等到需要執行的任務數大於線程池基本大小時就不再建立。如果調用了線程池的prestartAllCoreThreads()方法，線程池會提前建立並啟動所有基本線程。

• maximumPoolSize（線程池最大數量）：線程池允許建立的最大線程數。如果隊列滿了，並且已建立的線程數小於最大線程數，則線程池會再建立新的線程執行任務。值得注意的是，如果使用了無界的任務隊列這個參數就沒什麼效果。

• keepAliveTime（線程活動保持時間）：線程池的背景工作執行緒空閑後，保持存活的時間。所以，如果任務很多，並且每個任務執行的時間比較短，可以調大時間，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、小時、分鐘、毫秒、微秒和納秒。

• runnableTaskQueue（任務隊列）：用於儲存等待執行的任務的阻塞隊列。可選項有：

  • ArrayBlockingQueue：是一個基於數組結構的有界阻塞隊列，此隊列按FIFO（先進先出）原則對元素進行排序。

  • LinkedBlockingQueue：一個基於鏈表結構的阻塞隊列，此隊列按FIFO排序元素，輸送量通常要高於ArrayBlockingQueue。靜態Factory 方法Executors.newFixedThreadPool()使用了這個隊列。

  • SynchronousQueue：一個不儲存元素的阻塞隊列。每個插入操作必須等到另一個線程調用移除操作，否則插入操作一直處於阻塞狀態，輸送量通常要高於Linked-BlockingQueue，靜態Factory 方法Executors.newCachedThreadPool使用了這個隊列。

  • PriorityBlockingQueue：一個具有優先順序的無限阻塞隊列。

• ThreadFactory：用於設定建立線程的工廠。

• RejectedExecutionHandler（飽和策略）：當隊列和線程池都滿了，說明線程池處於飽和狀態，那麼必須採取一種策略處理提交的新任務。這個策略預設情況下是AbortPolicy，表示無法處理新任務時拋出異常。

向線程池提交任務

ThreadPoolExecutor提供了兩個方法可以向線程池提交任務去執行：submit()和execute()。

• execute()方法用於執行不需要返回結果的任務。所以無法判斷任務是否被線程池執行成功。

• submit()方法用於提交需要傳回值的任務。線程池會返回一個future類型的對象，通過這個future對象可以判斷任務是否執行成功，並且可以通過future的get()方法來擷取傳回值。get()方法會阻塞當前線程直到任務完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法則會阻塞當前線程一段時間後立即返回，這時候有可能任務沒有執行完。

看下面一段代碼：

 1 package com.alibaba.thread; 2  3 import java.util.concurrent.*; 4  5 /** 6  * Created by zhouxuanyu on 2016/12/6. 7  */ 8 public class CallableAndFuture { 9     public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {10         ExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(3);11 12         Runnable runnable = new Runnable() {13             public void run() {14                 System.out.print("runnable()");15             }16         };17 18         executorService.execute(runnable);  //execute()拿不到傳回值19 20         Callable<String> callable = new Callable<String>() {21             public String call() throws Exception {22                 return "callable";23             }24         };25 26         Future<String> future = executorService.submit(callable);//submit()可以拿到傳回值27 28         System.out.print(future.get());29 30     }31 }

 

CompletionService

　　有了上面的基礎，我們可以知道，當我們需要非同步執行某個任務的時候，可以將這個任務丟到線程池中，如果不需要結果返回，那麼可以使用execute()；相反，則需要使用submit()。當有多個任務執行，比如十個，在交給線程池去執行時，我們固然可以為這十個任務關聯十個Future而拿到結果。但是這樣做實在比較low！

Java為我們提供了一個名叫CompletionService的介面，它是Executor和BlockQueue的結合體。你可以將Callable任務交給CompletionService去執行，然後使用類似隊列的take()和poll()方法拿到Future類型的結果。ExecutorCompletionService是CompletionService的一個實現，它將任務交給executor去執行。

　　先看一下ExecutorCompletionService的構造方法：

1 public ExecutorCompletionService(Executor executor,2                                  BlockingQueue<Future<V>> completionQueue)

　　由建構函式可以看到，executor是執行任務的執行器，而completionQueue是用來儲存執行結果的隊列。當提交一個任務之後，會首先把這個任務封裝為一個QueueingFuture。QueueingFuture是FutureTask的子類。然後複寫了done()方法，將執行結果放入completionQueue中。

從上面可以知道，ExecutorCompletionService實現了哪一個任務先執行完就返回，而不是按任務添加的順序返回。

下面一個例子：

 1 package com.alibaba.thread; 2  3 import java.util.Random; 4 import java.util.concurrent.*; 5  6 /** 7  * Created by zhouxuanyu on 2016/12/14. 8  */ 9 public class TestCompletionService {10 11     public static void main(String[] args){12 13         ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(11); //建立一個大小為11的線程池14         final BlockingQueue<Future<String>> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<Future<String>>();//建立一個結果隊列15 16         CompletionService<String> completionService = new ExecutorCompletionService<String>(executorService,blockingQueue);17 18         //使用completionService向線程池中添加10個任務19         for (int i = 0; i < 10; i++) {20             completionService.submit(new Callable<String>() {21                 public String call() throws Exception {22                     int random = new Random().nextInt(10000);23                     Thread.sleep(random);24                     return Thread.currentThread().getName() + "---sleep---" + random;25                 }26             });27         }28 29         //按照執行完成的順便取出已經完成的任務。30         for (int i = 0; i < 10; i++) {31             try {32                 Future future = completionService.take();33                 System.out.println(future.get(1000,TimeUnit.NANOSECONDS));34             } catch (InterruptedException e) {35                 e.printStackTrace();36             } catch (ExecutionException e) {37                 e.printStackTrace();38             } catch (TimeoutException e) {39                 e.printStackTrace();40             }41         }42 43         //關閉線程池44         executorService.shutdown();45     }46 }