java基础-线程池应用及实现原理
2022/1/4 17:07:18
本文主要是介绍java基础-线程池应用及实现原理，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！
1、线程池原理
1.1、为什么要用线程池
线程是不是越多越好？
①线程在java中是一个对象，更是操作系统的资源，线程的创建、销毁需要时间。如果创建时间+销毁时间>执行任务的时间。就很不划算。
②java对象占用堆内存，操作系统线程占用系统内存，根据jvm规范，一个线程默认最大栈大小1M，这个栈空间是需要从系统内存中分配的。线程过多，会消耗很多的内存。
③操作系统需要频繁切换线程上下文（大家都想被运行），影响性能。
线程池的推出，就是为了方便的控制线程的数量。
2、线程池原理-概念
①线程池管理器：用于创建并管理线程池，包括创建线程池、销毁线程池、添加新任务。
②工作线程：线程池中的线程，在没有任务时处于等待状态，可以循环的执行任务。
③任务接口：每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行，它主要规定了任务的入口，任务执行完成后的收尾工作，任务的执行状态等。
④任务队列：用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。
3、线程池API-接口定义和实现类
可以认为ScheduledThreadPoolExecutor是最丰富的实现类
ExecutorService API定义
ScheduledExecutorService API定义
①创建并执行一个一次性任务，过了延迟时间就会被执行。
②创建并执行一个周期性任务。过了指定的初始延迟时间，会第一次被执行，执行过程中发生了异常，那么任务就停止。一次任务执行时长超过了周期时间，下一次任务会等待该次任务执行结束后，立刻执行，这也是它和ScheduleWithFixedDelay的重要区别。
③创建并执行一个周期性任务。过了初始延迟时间，会第一次执行，后续以给定的周期时间执行，执行过程中发生了异常，那么任务就停止。 一次任务执行时长超过了周期时间，下一次任务会在该此任务执行结束的时间基础上，计算执行延时。对于超过周期的长时间处理任务的不同处理方式，这是他和scheduleAtFixedRate的重要区别。
线程池API-Executors工具类
你可以自己实例化线程池，也可以用Executors创建线程池的工厂类，常用方法如下：
newFixedThreadPool（int nThreads）创建一个固定大小、任务队列容量无界的线程池。核心线程数=最大线程数。
newCachedthreadPool（）创建一个大小无界的缓冲线程池。它的任务队列是一个同步队列。任务加入到线程池中，如果池中有空闲线程，则用空闲线程执行，如无则创建新线程执行。池中的线程空闲超过60秒，将被销毁释放。线程数随任务的多少变化。适用于执行耗时较少的异步任务。池的核心线程数=0，最大线程数=Integer.MAX_VALUE。
newSingleThreadExecutor（）只有一个线程来执行无界任务队列的单一线程池。该线程池确保任务按加入的顺序一个一个一次执行。当唯一的线程因任务异常中止时，将创建一个新的线程来继续执行后续任务。
与newFixedThreadPool(1)的区别在于，单一线程池的池大小在newFixedThreadPool方法中硬编码，不能再改变的。
newScheduleThreadPool（int corePoolSize）能定时执行任务的线程池。该池的核心线程数由参数指定，最大线程数=Integer.MAX_VALUE。
线程池原理-任务Execute过程
1、线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，无界队列，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
private void threadPoolExecutorTest1() throws Exception {
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
testCommon(threadPoolExecutor);
// 预计结果：线程池线程数量为：5,超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
}
1、是否达到核心线程数量？
没达到，创建一个工作线程来执行任务。
2、工作队列是否已满？
没满，则将新提交的任务存储在工作队列里。
3、是否达到线程池最大数量？
没达到，则创建一个新的工作线程来执行任务。
4、最后，执行拒绝策略来处理这个任务。
注意一点，只有当工作队列满了，才会判断最大线程数是否满。
2、 线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，队列大小3，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的。（当然不指定拒绝策略，默认抛出异常）。
②现在有15个任务需要执行。预计结果：
1、 5个任务直接分配线程开始执行
2、 3个任务进入等待队列
3、 队列不够用，临时加开5个线程来执行任务(5秒没活干就销毁)
4、 队列和线程池都满了，剩下2个任务，没资源了，被拒绝执行。
/5、 任务执行，5秒后，如果无任务可执行，销毁临时创建的5个线程
private void threadPoolExecutorTest2() throws Exception {
// 创建一个 核心线程数量为5，最大数量为10,等待队列最大是3 的线程池，也就是最大容纳13个任务。
// 默认的策略是抛出RejectedExecutionException异常，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), new RejectedExecutionHandler() {
@Override
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
System.err.println("有任务被拒绝执行了");
}
});
testCommon(threadPoolExecutor);
}
③线程池信息： 核心线程数量5，最大数量5，无界队列，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒
预计结果：线程池线程数量为：5，超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
private void threadPoolExecutorTest3() throws Exception {
// 和Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)一样的
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
testCommon(threadPoolExecutor);
}
全部代码示例：
import java.util.List;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/** 线程池的使用 */
public class Demo9 {
/**
* 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务,看线程池的状况
*
* @param threadPoolExecutor 传入不同的线程池，看不同的结果
* @throws Exception
*/
public void testCommon(ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor) throws Exception {
// 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务，看超过大小的2个，对应的处理情况
for (int i = 0; i < 15; i++) {
int n = i;
threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("开始执行：" + n);
Thread.sleep(3000L);
System.err.println("执行结束:" + n);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
System.out.println("任务提交成功 :" + i);
}
// 查看线程数量，查看队列等待数量
Thread.sleep(500L);
System.out.println("当前线程池线程数量为：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());
System.out.println("当前线程池等待的数量为：" + threadPoolExecutor.getQueue().size());
// 等待15秒，查看线程数量和队列数量（理论上，会被超出核心线程数量的线程自动销毁）
Thread.sleep(15000L);
System.out.println("当前线程池线程数量为：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());
System.out.println("当前线程池等待的数量为：" + threadPoolExecutor.getQueue().size());
}
/**
* 1、线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，无界队列，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest1() throws Exception {
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
testCommon(threadPoolExecutor);
// 预计结果：线程池线程数量为：5,超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
}
/**
* 2、 线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，队列大小3，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest2() throws Exception {
// 创建一个 核心线程数量为5，最大数量为10,等待队列最大是3 的线程池，也就是最大容纳13个任务。
// 默认的策略是抛出RejectedExecutionException异常，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), new RejectedExecutionHandler() {
@Override
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
System.err.println("有任务被拒绝执行了");
}
});
testCommon(threadPoolExecutor);
// 预计结果：
// 1、 5个任务直接分配线程开始执行
// 2、 3个任务进入等待队列
// 3、 队列不够用，临时加开5个线程来执行任务(5秒没活干就销毁)
// 4、 队列和线程池都满了，剩下2个任务，没资源了，被拒绝执行。
// 5、 任务执行，5秒后，如果无任务可执行，销毁临时创建的5个线程
}
/**
* 3、 线程池信息： 核心线程数量5，最大数量5，无界队列，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest3() throws Exception {
// 和Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)一样的
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
testCommon(threadPoolExecutor);
// 预计结：线程池线程数量为：5，超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
}
/**
* 4、 线程池信息：
* 核心线程数量0，最大数量Integer.MAX_VALUE，SynchronousQueue队列，超出核心线程数量的线程存活时间：60秒
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest4() throws Exception {
// SynchronousQueue，实际上它不是一个真正的队列，因为它不会为队列中元素维护存储空间。与其他队列不同的是，它维护一组线程，这些线程在等待着把元素加入或移出队列。
// 在使用SynchronousQueue作为工作队列的前提下，客户端代码向线程池提交任务时，
// 而线程池中又没有空闲的线程能够从SynchronousQueue队列实例中取一个任务，
// 那么相应的offer方法调用就会失败（即任务没有被存入工作队列）。
// 此时，ThreadPoolExecutor会新建一个新的工作者线程用于对这个入队列失败的任务进行处理（假设此时线程池的大小还未达到其最大线程池大小maximumPoolSize）。
// 和Executors.newCachedThreadPool()一样的
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
testCommon(threadPoolExecutor);
// 预计结果：
// 1、 线程池线程数量为：15，超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
// 2、 所有任务执行结束，60秒后，如果无任务可执行，所有线程全部被销毁，池的大小恢复为0
Thread.sleep(60000L);
System.out.println("60秒后，再看线程池中的数量：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());
}
/**
* 5、 定时执行线程池信息：3秒后执行，一次性任务，到点就执行 <br/>
* 核心线程数量5，最大数量Integer.MAX_VALUE，DelayedWorkQueue延时队列，超出核心线程数量的线程存活时间：0秒
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest5() throws Exception {
// 和Executors.newScheduledThreadPool()一样的
ScheduledThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ScheduledThreadPoolExecutor(5);
threadPoolExecutor.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("任务被执行，现在时间：" + System.currentTimeMillis());
}
}, 3000, TimeUnit.MILLISECONDS);
System.out.println(
"定时任务，提交成功，时间是：" + System.currentTimeMillis() + ", 当前线程池中线程数量：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());
// 预计结果：任务在3秒后被执行一次
}
/**
* 6、 定时执行线程池信息：线程固定数量5 ，<br/>
* 核心线程数量5，最大数量Integer.MAX_VALUE，DelayedWorkQueue延时队列，超出核心线程数量的线程存活时间：0秒
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest6() throws Exception {
ScheduledThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ScheduledThreadPoolExecutor(5);
// 周期性执行某一个任务，线程池提供了两种调度方式，这里单独演示一下。测试场景一样。
// 测试场景：提交的任务需要3秒才能执行完毕。看两种不同调度方式的区别
// 效果1： 提交后，2秒后开始第一次执行，之后每间隔1秒，固定执行一次(如果发现上次执行还未完毕，则等待完毕，完毕后立刻执行)。
// 也就是说这个代码中是，3秒钟执行一次（计算方式：每次执行三秒，间隔时间1秒，执行结束后马上开始下一次执行，无需等待）
threadPoolExecutor.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(3000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("任务-1 被执行，现在时间：" + System.currentTimeMillis());
}
}, 2000, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
// 效果2：提交后，2秒后开始第一次执行，之后每间隔1秒，固定执行一次(如果发现上次执行还未完毕，则等待完毕，等上一次执行完毕后再开始计时，等待1秒)。
// 也就是说这个代码钟的效果看到的是：4秒执行一次。 （计算方式：每次执行3秒，间隔时间1秒，执行完以后再等待1秒，所以是 3+1）
threadPoolExecutor.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(3000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("任务-2 被执行，现在时间：" + System.currentTimeMillis());
}
}, 2000, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
/**
* 7、 终止线程：线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，队列大小3，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest7() throws Exception {
// 创建一个 核心线程数量为5，最大数量为10,等待队列最大是3 的线程池，也就是最大容纳13个任务。
// 默认的策略是抛出RejectedExecutionException异常，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), new RejectedExecutionHandler() {
@Override
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
System.err.println("有任务被拒绝执行了");
}
});
// 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务，看超过大小的2个，对应的处理情况
for (int i = 0; i < 15; i++) {
int n = i;
threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("开始执行：" + n);
Thread.sleep(3000L);
System.err.println("执行结束:" + n);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("异常：" + e.getMessage());
}
}
});
System.out.println("任务提交成功 :" + i);
}
// 1秒后终止线程池
Thread.sleep(1000L);
threadPoolExecutor.shutdown();
// 再次提交提示失败
threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("追加一个任务");
}
});
// 结果分析
// 1、 10个任务被执行，3个任务进入队列等待，2个任务被拒绝执行
// 2、调用shutdown后，不接收新的任务，等待13任务执行结束
// 3、 追加的任务在线程池关闭后，无法再提交，会被拒绝执行
}
/**
* 8、 立刻终止线程：线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，队列大小3，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest8() throws Exception {
// 创建一个 核心线程数量为5，最大数量为10,等待队列最大是3 的线程池，也就是最大容纳13个任务。
// 默认的策略是抛出RejectedExecutionException异常，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), new RejectedExecutionHandler() {
@Override
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
System.err.println("有任务被拒绝执行了");
}
});
// 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务，看超过大小的2个，对应的处理情况
for (int i = 0; i < 15; i++) {
int n = i;
threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("开始执行：" + n);
Thread.sleep(3000L);
System.err.println("执行结束:" + n);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("异常：" + e.getMessage());
}
}
});
System.out.println("任务提交成功 :" + i);
}
// 1秒后终止线程池
Thread.sleep(1000L);
List<Runnable> shutdownNow = threadPoolExecutor.shutdownNow();
// 再次提交提示失败
threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("追加一个任务");
}
});
System.out.println("未结束的任务有：" + shutdownNow.size());
// 结果分析
// 1、 10个任务被执行，3个任务进入队列等待，2个任务被拒绝执行
// 2、调用shutdownnow后，队列中的3个线程不再执行，10个线程被终止
// 3、 追加的任务在线程池关闭后，无法再提交，会被拒绝执行
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Demo9().threadPoolExecutorTest1();
// new Demo9().threadPoolExecutorTest2();
// new Demo9().threadPoolExecutorTest3();
// new Demo9().threadPoolExecutorTest4();
// new Demo9().threadPoolExecutorTest5();
// new Demo9().threadPoolExecutorTest6();
// new Demo9().threadPoolExecutorTest7();
// new Demo9().threadPoolExecutorTest8();
}
}
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