Java 并发编程系列——线程池

之前写了线程和锁，例子中采用直接创建线程的方式，这种方式做示例可以，但在实际生产环境中比较少用，通常会使用线程池。

 

使用线程池有一些明显的好处，可以考虑我们使用连接池的情形，不难想像。使用线程池可以免去我们手动创建和销毁线程的工作，节省这部分资源的消耗，提高响应速度，同时线程由线程池维护，也提高了线程的可管理性。

 

JDK中默认实现了多种线程池，如FixedThreadPool，SingleThreadExecutor，CachedThreadPool，ScheduledThreadPool，SingleThreadScheduledExecutor，WorkStealingPool。ForkJoinPool也是线程池的一种，通常我们单独讨论，之前的文章有所介绍。

 

线程工厂

 

线程池的创建方法使用线程池的工厂类Executors，调用相应的方法创建相应的线程池。创建线程池的工作即实例化ThreadPoolExecutor，所以有必要简单看下ThreadPoolExecutor。

 

ThreadPoolExecutor的构造参数：

/**
* Creates a new {@code ThreadPoolExecutor} with the given initial
* parameters.
*
* @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even
*        if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set
* @param maximumPoolSize the maximum number of threads to allow in the
*        pool
* @param 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.
* @param unit the time unit for the {@code keepAliveTime} argument
* @param workQueue the queue to use for holding tasks before they are
*        executed.  This queue will hold only the {@code Runnable}
*        tasks submitted by the {@code execute} method.
* @param threadFactory the factory to use when the executor
*        creates a new thread
* @param handler the handler to use when execution is blocked
*        because the thread bounds and queue capacities are reached
* @throws IllegalArgumentException if one of the following holds:<br>
*         {@code corePoolSize < 0}<br>
*         {@code keepAliveTime < 0}<br>
*         {@code maximumPoolSize <= 0}<br>
*         {@code maximumPoolSize < corePoolSize}
* @throws NullPointerException if {@code workQueue}
*         or {@code threadFactory} or {@code handler} is null
*/
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) 

对如上参数简单说明：

 

corePoolSize：线程池中的核心线程数。也就是线程池会长期保持的线程数。当通过线程池执行任务时，如果当前的线程数小于corePoolSize，则创建新线程，如果当前线程数已经为corePoolSize，则任务进入工作队列。如果希望一次性创建出核心线程，调用prestartAllCoreThreads()。

 

maximumPoolSize：池中允许的最大线程数。当核心线程数满，并且阻塞队列也满了，此时如果池中的线程数仍小于maximumPoolSize，则会创建新的线程。

 

keepAliveTime：空闲线程存活的时间。仅当池中线程数大于corePoolSize时有效，也就是在上述maximumPoolSize所讲条件触发创建线程后，使得池中线程大于核心线程数后，才会根据该条件来销毁线程。

 

unit：时间单位。

 

workQueue：保存尚未执行的任务的阻塞队列。

 

threadFactory：创建线程的工厂。

 

handler：饱和策略。也就是阻塞队列满了之后的处理方式。饱和策略有四种，AbortPolicy（抛出异常），CallerRunsPolicy（由调用线程直接执行，如果 调用线程已经销毁则丢弃），DiscardOldestPolicy（丢弃最早的任务，即队列头部的任务），DiscardPolicy（直接丢弃）。

任务的执行

用线程池执行任务有两种方式，execute和submit，execute无返回值，submit返回Future，而Future可以返回结果和接收异常。根据需要使用具体的方法。

线程池的停止

关闭线程池使用shutdown()和shutdownNow()。使用shutdown()时，尚未被执行的任务将不再执行，而已经在执行的任务将继续。使用shutdownNow()时，尚未被执行的任务将不再执行，并且会尝试停止正在运行的任务。

 

接下来简单介绍下几个常见线程池。

 

FixedThreadPool：

corePoolSize等于maximumPoolSize，阻塞队列使用了LinkedBlockingQueue，但并未初始化其容量，可以认为相当于使用了无界队列（为什么说到无界，文章最后会提到）。适用于对服务器负载有严格控制的场景。

 

SingleThreadExecutor：

corePoolSize等于maximumPoolSize等于1，阻塞队列同样使用了未初始化容量的LinkedBlockingQueue，为无界队列。适用于对任务执行顺序有要求的场景。

 

CachedThreadPool：

corePoolSize为0，maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE，使用的队列为SynchronousQueue，同样为无界。该线程池会根据需要创建新线程，适用于执行时间非常短的数量较多的异步任务。

 

ScheduledThreadPool：

其maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE，队列使用了DelayedWorkQueue，同样为无界。适用于需要定期执行任务的场景。

 

SingleThreadScheduledExecutor

corePoolSize为1，队列同样使用了DelayedWorkQueue，为无界。适用于需要定期按顺序执行任务的场景。

 

WorkStealingPool：

工作密取队列，内部使用了ForkJoinPool，但使用了默认工厂创建，同样为无界形式。

 

线程池使用示例

 

通过一段代码简单看下线程的使用，以SingleThreadExecutor为例。

public class ShowSingleExecutor {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executorService.execute(() -> {
            System.out.println("executed 1 by single thread");
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        executorService.execute(() -> {
                    System.out.println("executed 2 by single thread");
                }
        );
        executorService.shutdown();
    }
}

该示例将演示使用单线程线程池，其第一个任务执行5秒后才会执行第二个任务。

 

其他线程池文章中鉴于篇幅不再举例。

 

自定义线程池

 

最后说一下之前提到的无界问题。无界意味着如果出现处理不够及时的情况时，任务会逐渐堆积，而造成服务不可用或服务崩溃。所以在实际使用中通常需要自定义ThreadPoolExecutor，并在内部使用有界队列的方式或通过其他手段达到类似有界的效果。对于队列满时的饱和策略除了文中介绍的四种实现，同样可以根据实际情况自定义。

 

来源：InfoQ