Java 线程池剖析

2019年4月23日 152次阅读 来源: data4

概念

线程 & 线程池

  • 什么是线程？

提到线程，不得不提进程。进程是操作系统的最小资源单位，一个进程能使用多少虚拟内存，能打开多少文件标识符。线程是操作系统的最小调度单元，每个进程默认有一个主线程，它用来执行真正的任务。

  • 在什么情况下，需要使用线程？

多个任务并发执行，提高 CPU 利用率，响应速度，执行效率。例如：主线程负责接收请求，工作线程负责处理请求。

  • 在什么情况下使用线程池？

当你需要使用多个线程来执行相同类型任务时，你不希望自己来管理线程的创建和销毁，维护任务队列，分配任务，管理定时任务。ok，交给线程池吧，你只需要向线程池提交任务就好了。

Java 线程池体系

Java 库提供了一套完整的线程池解决方案，支持多种定制化配置，满足你的需求。java.util.concurrent 库与线程池相关的接口，类的继承关系如下所示：

《Java 线程池剖析》 Executors

接口

Executor

支持提交任务

voidexecute(Runnablecommand) #提交 Runnable 任务

ExecutorService

继承 Executor，支持提交异步任务和关闭线程池。

<T>Future<T>submit(Runnabletask, Tresult)
Future<?>submit(Runnabletask)
void shutdown()

ScheduledExecutorService

继承 ExecutorService, 增加支持定时任务和延迟任务

ScheduledFuture<?> schedule(
  Runnable command, 
  long delay, 
  TimeUnit unit)

<V> ScheduledFuture<V> schedule(
  Callable<V> callable, 
  long delay, 
  TimeUnit unit)

ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(
  Runnable command, 
  long initialDelay, 
  long period, 
  TimeUnit unit)

ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(
  Runnable command, 
  long initialDelay, 
  long delay, 
  TimeUnit unit)

实现类

ThreadPoolExecutor

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

实现 ExecutorService 接口功能外，提供了以下几个配置项：

  • 线程池大小

corePoolSize 线程池保留线程个数，maximumPoolSize 线程池最大线程个数。
默认情况下，当提交任务时，才会创建线程。当提交任务时，如果当前 running 线程数小于 corePoolSize 的话，则创建一个线程；如果当前 running 线程数大于 corePoolSize 小于 maximumPoolSize 的话，当且仅当任务队列满的情况下，才会创建一个线程；

  • 线程工厂（threadFactory, 用来创建线程）

默认情况下，使用 Executors.defaultThreadFactory 来创建线程，它们同属于一个线程组，有相同的优先级，non-daemon 状态。

  • 线程空闲多久销毁(keepAliveTime)

当线程个数超过 corePoolSize 之后，如果有线程空闲时间超过 keepAliveTime 的话，线程池就会释放该线程。

  • 任务队列（workQueue）

用来保存未提交和已提交的任务。任务队列的使用情况与线程池内部线程个数有关，如果线程个数小于 corePoolSize 的话，则不会缓存任务，而是创建线程执行任务；如果线程个数大于 corePoolSize 的话，则先缓存任务；如果队列满了，如果线程个数小于 maximumPoolSize 的话，则创建新线程；否则拒绝该任务。
目前提供 3 种队列：（1）Direct handoffs （2）Unbounded queues 默认（3） Bounded queues。详细参考：ThreadPoolExector

  • 当任务队列满了之后的处理策略

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy 抛出异常 RejectedExecutionException(默认)
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy 直接丢掉
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy 丢掉队列中最老的任务

ScheduledThreadPoolExecutor

继承 ThreadPoolExecutor，并实现 ScheduledExecutorService 接口行为。

工具接口和类

ThreadFactory

接口，定义创建线程

Thread newThread(Runnable r)

Executors

用来创建 ExecutorService, ScheduledExecutorService, ThreadFactory, Callable。

public static <T> Callable<T> 
  callable(
    Runnable task, 
    T result)

public static ThreadFactory 
  defaultThreadFactory()

public static ExecutorService 
  newCachedThreadPool(
    ThreadFactory threadFactory)

public static ExecutorService 
  newFixedThreadPool(
    int nThreads, 
    ThreadFactory threadFactory)

最佳实践

  • 使用 Executors 工具类创建 ThreadPoolExecutor
Executors.newFixedThreadPool(5);
Executors.newScheduledThreadPool(3);
  • 自定义 ThreadFactory，定义 Thread 的名称和设置 Thread 的 daemon 状态。
new ThreadFactory() {
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = Executors
          .defaultThreadFactory()
          .newThread(r);
        t.setName("myname");
        t.setDaemon(true);
        return t;
    }
}
  • 可以设置有固定大小的队列

遗憾的是，Executors 并没有提供支持定制化队列的接口，所以只能使用 ThreadPoolExecutor。

BlockingQueue<Runnable> queue = 
  new ArrayBlockingQueue<>(100);
executorService = new ThreadPoolExecutor(
  n, 
  n, 
  0L, 
  TimeUnit.MILLISECONDS, 
  queue);
  • 记住优雅的关闭 ThreadPoolExecutor

shutdown 不接受新的任务，保证已经接受的任务提交执行，但是并不保证任务执行结束
awaitTermination 保证已经执行的任务完整执行结束。
shutdownNow 关闭正在执行的任务，但不保证正在执行的任务正常关闭。未执行的任务直接返回。

cxnResetExecutor.shutdown();
try {
  if (cxnResetExecutor.awaitTermination(
    5, TimeUnit.SECONDS)) {
      cxnResetExecutor.shutdownNow();
  }
} catch (Exception ex) {
  logger.error("Interrupted while waiting for connection reset executor " +
    "to shut down");
}
  • 监控 ThreadPoolExecutor 状态
public long getCompletedTaskCount() #获取已经完成的 task 总个数
public int getActiveCount() #获取正在活的线程个数
public int getLargestPoolSize() #获取线程池曾经最大的线程数
public BlockingQueue<Runnable> getQueue()   #获取任务队列中任务个数

参考

Executors
Executor
ThreadPoolExecutor
ExecutorService-10个要诀和技巧
flume 源码
Java线程池分析

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    原文作者：data4
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