新手一看就懂的線程池！

新進(jìn)小設(shè)計(jì) 2022-09-29 發(fā)布于北京

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經(jīng)過(guò)前幾篇文章的學(xué)習(xí)，大家對(duì)多線程應(yīng)該有些了解了吧，這里附上前三篇文章的鏈接，還沒(méi)有看過(guò)的小伙伴快去復(fù)習(xí)吧～～

那相信大家也能感受到，其實(shí)用多線程是很麻煩的，包括線程的創(chuàng)建、銷毀和調(diào)度等等，而且我們平時(shí)工作時(shí)好像也并沒(méi)有這樣來(lái) new 一個(gè)線程，其實(shí)是因?yàn)楹芏嗫蚣艿牡讓佣加玫搅司€程池。

線程池是幫助我們管理線程的工具，它維護(hù)了多個(gè)線程，可以降低資源的消耗，提高系統(tǒng)的性能。

并且通過(guò)使用線程池，我們開(kāi)發(fā)人員可以更好的把精力放在任務(wù)代碼上，而不去管線程是如何執(zhí)行的，實(shí)現(xiàn)任務(wù)提交和執(zhí)行的解藕。

本文將從是何、為何、如何的角度來(lái)講解線程池：

線程池是什么
為什么要用線程池
怎么用線程池

線程池 Thread Pool

線程池是一種池化的技術(shù)，類似的還有數(shù)據(jù)庫(kù)連接池、HTTP 連接池等等。

池化的思想主要是為了減少每次獲取和結(jié)束資源的消耗，提高對(duì)資源的利用率。

比如在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)打水不方便的，大家會(huì)每段時(shí)間把水打過(guò)來(lái)存在池子里，這樣平時(shí)用的時(shí)候就直接來(lái)取就好了。

線程池同理，正是因?yàn)槊看蝿?chuàng)建、銷毀線程需要占用太多系統(tǒng)資源，所以我們建這么一個(gè)池子來(lái)統(tǒng)一管理線程。用的時(shí)候從池子里拿，不用了就放回來(lái)，也不用你銷毀，是不是方便了很多？

Java 中的線程池是由 juc 即 java.util.concurrent 包來(lái)實(shí)現(xiàn)的，最主要的就是 ThreadPoolExecutor 這個(gè)類。具體怎么用我們下文再說(shuō)。

線程池的好處

在多線程的第一篇文章中我們說(shuō)過(guò)，進(jìn)程會(huì)申請(qǐng)資源，拿來(lái)給線程用，所以線程是很占用系統(tǒng)資源的，那么我們用線程池來(lái)統(tǒng)一管理線程就能夠很好的解決這種資源管理問(wèn)題。

比如因?yàn)椴恍枰獎(jiǎng)?chuàng)建、銷毀線程，每次需要用的時(shí)候我就去拿，用完了之后再放回去，所以節(jié)省了很多資源開(kāi)銷，可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

而統(tǒng)一的管理和調(diào)度，可以合理分配內(nèi)部資源，根據(jù)系統(tǒng)的當(dāng)前情況調(diào)整線程的數(shù)量。

那總結(jié)來(lái)說(shuō)有以下 3 個(gè)好處：

降低資源消耗：通過(guò)重復(fù)利用現(xiàn)有的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)，避免多次創(chuàng)建和銷毀線程。
提高相應(yīng)速度：因?yàn)槭∪チ藙?chuàng)建線程這個(gè)步驟，所以在拿到任務(wù)時(shí)，可以立刻開(kāi)始執(zhí)行。
提供附加功能：線程池的可拓展性使得我們可以自己加入新的功能，比如說(shuō)定時(shí)、延時(shí)來(lái)執(zhí)行某些線程。

說(shuō)了這么多，終于到了今天的重點(diǎn)，我們來(lái)看下究竟怎么用線程池吧～

線程池的實(shí)現(xiàn)

Java 給我們提供了 Executor 接口來(lái)使用線程池。

Executor

我們常用的線程池有這兩大類：

ThreadPoolExecutor
ScheduledThreadPoolExecutor

它倆的區(qū)別呢，就是第一個(gè)是普通的，第二個(gè)是可以定時(shí)執(zhí)行的。

當(dāng)然還有其他線程池，比如 JDK 1.7 才出現(xiàn)的 ForkJoinPool ，可以把大任務(wù)分割成小任務(wù)來(lái)執(zhí)行，最后再大一統(tǒng)。

那么任務(wù)提交到一個(gè)線程池之后，它會(huì)經(jīng)歷一個(gè)怎樣的過(guò)程呢？

執(zhí)行過(guò)程

線程池在內(nèi)部實(shí)際上采用了生產(chǎn)者消費(fèi)者模型（還不清楚這個(gè)模型的在文章開(kāi)頭有改文章的鏈接）將線程和任務(wù)解藕，從而使線程池同時(shí)管理任務(wù)和線程。

當(dāng)任務(wù)提交到線程池里之后，需要經(jīng)過(guò)以下流程：

執(zhí)行過(guò)程

首先它檢查核心線程池是否已滿。這個(gè)核心線程池，就是不管用戶量多少線程池始終維護(hù)的線程的池子。比如說(shuō)線程池的總?cè)萘孔疃嗄苎b 100 個(gè)線程，核心線程池我們?cè)O(shè)置為 50，那么就無(wú)論用戶量有多少，都保持 50 個(gè)線程活著。這個(gè)數(shù)字當(dāng)然是根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求來(lái)決定的。
阻塞隊(duì)列，就是 BlockingQueue ，在生產(chǎn)者消費(fèi)者這節(jié)里提到過(guò)。
最后判斷線程池是否已滿，就是判斷是不是已經(jīng)有 100 個(gè)線程了，而不是 50 個(gè)。
如果已經(jīng)滿了，所以不能繼續(xù)創(chuàng)建線程了，就需要按照飽和策略或者叫做拒絕策略來(lái)處理。這個(gè)飽和策略我們下文再講。

ThreadPoolExecutor

我們主要說(shuō)下 ThreadPoolExecutor ，它是最常用的線程池。

ThreadPoolExecutor Structure

這里我們可以看到，這個(gè)類里有 4 個(gè)構(gòu)造方法，點(diǎn)進(jìn)去仔細(xì)看，其實(shí)前三個(gè)都 call 了最后一個(gè)，所以我們只需要看最后一個(gè)就好。

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

這里我們來(lái)仔細(xì)看下這幾個(gè)參數(shù)：

corePoolSize：這個(gè)就是上文提到過(guò)的核心線程池的大小，在核心里的線程是永遠(yuǎn)不會(huì)失業(yè)的。

corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set

maximumPoolSize：線程池的最大容量。

maximumPoolSize the maximum number of threads to allow in the pool

keepAliveTime：存活時(shí)間。這個(gè)時(shí)間指的是，當(dāng)線程池中的線程數(shù)量大于核心線程數(shù)，這些線程閑著之后，多久銷毀它們。

keepAliveTime when the number of threads is greater than the core, this is the maximum time that excess idle threads will wait for new tasks before terminating.

unit：對(duì)應(yīng)上面存活時(shí)間的時(shí)間單位。

unit the time unit for the {@code keepAliveTime} argument

workQueue：這是一個(gè)阻塞隊(duì)列，其實(shí)線程池也是生產(chǎn)者消費(fèi)者模型的一種，任務(wù) - 相當(dāng)于生產(chǎn)者，線程 - 相當(dāng)于消費(fèi)者，所以這個(gè)阻塞隊(duì)列是用來(lái)協(xié)調(diào)生產(chǎn)和消費(fèi)的進(jìn)度的。

workQueue the queue to use for holding tasks before they are executed.

threadFactory：這里用到了工程模式，用來(lái)創(chuàng)建線程的。

threadFactory the factory to use when the executor creates a new thread

handler：這個(gè)就是拒絕策略。

handler the handler to use when execution is blocked because the thread bounds and queue capacities are reached

所以我們可以通過(guò)自己傳入這 7 個(gè)參數(shù)構(gòu)造線程池，當(dāng)然了，貼心的 Java 也給我們包裝好了幾類線程池可以很方便的拿來(lái)使用。

newCachedThreadPool
newFixedThreadPool
newSingleThreadExecutor

我們具體來(lái)看每個(gè)的含義和用法。

newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

這里我們可以看到，

核心線程池?cái)?shù)量為 0，也就是它不會(huì)永久保留任何線程；
最大容量是 Integer.MAX_VALUE；
每個(gè)線程的存活時(shí)間是 60 秒，也就是如果 1 分鐘沒(méi)有用這個(gè)線程就被回收了；
最后用到了同步隊(duì)列。

它的適用場(chǎng)景在源碼里有說(shuō)：

These pools will typically improve the performance of programs that execute many short-lived asynchronous tasks.

來(lái)看怎么用：

public class newCacheThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個(gè)線程池
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        // 向線程池提交任務(wù)
        for (int i = 0; i < 50; i++) {
            executorService.execute(new Task());//線程池執(zhí)行任務(wù)
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：

newCached 結(jié)果

可以很清楚的看到，線程 1、2、3、5、6 都很快重用了。

newFixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

這個(gè)線程池的特點(diǎn)是：

線程池中的線程數(shù)量是固定的，也是我們創(chuàng)建線程池時(shí)需要穿入的參數(shù)；
超出這個(gè)數(shù)量的線程就需要在隊(duì)列中等待。

它的適用場(chǎng)景是：

Creates a thread pool that reuses a fixed number of threads operating off a shared unbounded queue.

public class FixedThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i = 0; i < 200; i++) {
            executorService.execute(new Task());
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

newFixed 結(jié)果

這里我限制了線程池里最多有 10 個(gè)線程，哪怕有 200 個(gè)任務(wù)需要執(zhí)行，也只有 1-10 這 10 個(gè)線程可以運(yùn)行。

newSingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

這個(gè)線程池顧名思義，里面只有 1 個(gè)線程。

適用場(chǎng)景是：

Creates an Executor that uses a single worker thread operating off an unbounded queue.

我們來(lái)看下效果。

public class SingleThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            executorService.execute(new Task());
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

newSingle 結(jié)果

這里在出結(jié)果的時(shí)候我能夠明顯的感覺(jué)到有些卡頓，這在前兩個(gè)例子里是沒(méi)有的，畢竟這里只有一個(gè)線程在運(yùn)行嘛。

小結(jié)

所以在使用線程池時(shí)，其實(shí)都是調(diào)用的 ThreadPoolExecutor 這個(gè)類，只不過(guò)傳遞的不同參數(shù)。

這里要特別注意兩個(gè)參數(shù)：

一是 workQueue 的選擇，這個(gè)就是阻塞隊(duì)列的選擇，如果要說(shuō)還得這么一大篇文章，之后有機(jī)會(huì)再寫吧。
二是 handler 的設(shè)置。

那我們發(fā)現(xiàn)，在上面的 3 個(gè)具體線程池里，其實(shí)都沒(méi)有設(shè)定 handler，這是因?yàn)樗鼈兌际褂昧?defaultHandler。

/**
 * The default rejected execution handler
 */
private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler =
    new AbortPolicy();

在 ThreadPoolExecutor 里有 4 種拒絕策略，這 4 種策略都是 implements 了 RejectedExecutionHandler：

AbortPolicy 表示拒絕任務(wù)并拋出一個(gè)異常 RejectedExecutionException。這個(gè)我稱之為“正式拒絕”，比如你面完了最后一輪面試，最終接到 HR 的拒信。
DiscardPolicy 拒絕任務(wù)但不吭聲。這個(gè)就是“默拒”，比如大部分公司拒簡(jiǎn)歷的時(shí)候都是默拒。
DiscardOldestPolicy 顧名思義，就是把老的任務(wù)丟掉，執(zhí)行新任務(wù)。
CallerRunsPolicy 直接調(diào)用線程處理該任務(wù)，就是 VIP 嘛。

所以這 3 種線程池都使用的默認(rèn)策略也就是第一種，光明正大的拒絕。

好了以上就是本文的所有內(nèi)容了。當(dāng)然線程池還有很多知識(shí)點(diǎn)，比如 execute() 和 submit() 方法，線程池的生命周期等等。

但隨著閱讀量的逐漸走低，齊姐意識(shí)到了這似乎有什么誤會(huì)，所以這篇文章是多線程系列的最后一篇了。

本文已收錄至我的 Github 上：https://github.com/xiaoqi6666/NYCSDE

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