Java中線程池的實現原理-求職必備


jdk1.5引入Executor線程池框架,通過它把任務的提交和執行進行解耦,只需要定義好任務,然后提交給線程池,而不用關心該任務是如何執行、被哪個線程執行,以及什么時候執行。

初始化線程池(4種)

簡介:

Java線程池的工廠類:Executors類,

初始化4種類型的線程池:

newFixedThreadPool()
說明:初始化一個指定線程數的線程池,其中corePoolSize == maxiPoolSize,使用LinkedBlockingQuene作為阻塞隊列
特點:即使當線程池沒有可執行任務時,也不會釋放線程。
newCachedThreadPool()
說明:初始化一個可以緩存線程的線程池,默認緩存60s,線程池的線程數可達到Integer.MAX_VALUE,即2147483647,內部使用SynchronousQueue作為阻塞隊列;
特點:在沒有任務執行時,當線程的空閑時間超過keepAliveTime,會自動釋放線程資源;當提交新任務時,如果沒有空閑線程,則創建新線程執行任務,會導致一定的系統開銷;
因此,使用時要注意控制並發的任務數,防止因創建大量的線程導致而降低性能。
newSingleThreadExecutor()
說明:初始化只有一個線程的線程池,內部使用LinkedBlockingQueue作為阻塞隊列。
特點:如果該線程異常結束,會重新創建一個新的線程繼續執行任務,唯一的線程可以保證所提交任務的順序執行
newScheduledThreadPool()
特定:初始化的線程池可以在指定的時間內周期性的執行所提交的任務,在實際的業務場景中可以使用該線程池定期的同步數據。

總結:除了newScheduledThreadPool的內部實現特殊一點之外,其它線程池內部都是基於ThreadPoolExecutor類(Executor的子類)實現的。

ThreadPoolExecutor內部具體實現:

ThreadPoolExecutor類構造器語法形式:

ThreadPoolExecutor(corePoolSize,maxPoolSize,keepAliveTime,timeUnit,workQueue,threadFactory,handle);   

方法參數:
   corePoolSize:核心線程數
   maxPoolSize:最大線程數
     keepAliveTime:線程存活時間(在corePore<*<maxPoolSize情況下有用)
     timeUnit:存活時間的時間單位
     workQueue:阻塞隊列(用來保存等待被執行的任務)

注:關於workQueue參數的取值,JDK提供了4種阻塞隊列類型供選擇:
        ArrayBlockingQueue:基於數組結構的有界阻塞隊列,按FIFO排序任務;
        inkedBlockingQuene:基於鏈表結構的阻塞隊列,按FIFO排序任務,吞吐量通常要高於  

            SynchronousQuene:一個不存儲元素的阻塞隊列,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,吞吐量通常要高於ArrayBlockingQuene;

        PriorityBlockingQuene:具有優先級的無界阻塞隊列

     threadFactory:線程工廠,主要用來創建線程;

     handler:表示當拒絕處理任務時的策略,有以下四種取值

 注: 當線程池的飽和策略,當阻塞隊列滿了,且沒有空閑的工作線程,如果繼續提交任務,必須采取一種策略處理該任務,線程池提供了4種策略:

    ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務並拋出RejectedExecutionException異常。

    ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:也是丟棄任務,但是不拋出異常。

    ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:丟棄隊列最前面的任務,然后重新嘗試執行任務(重復此過程)

    ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:由調用線程處理該任務

    當然也可以根據應用場景實現RejectedExecutionHandler接口,自定義飽和策略,如記錄日志或持久化存儲不能處理的任務。


 線程池的狀態(5種)

其中AtomicInteger變量ctl的功能非常強大:利用低29位表示線程池中線程數,通過高3位表示線程池的運行狀態:
1、RUNNING:-1 << COUNT_BITS,即高3位為111,該狀態的線程池會接收新任務,並處理阻塞隊列中的任務;
2、SHUTDOWN: 0 << COUNT_BITS,即高3位為000,該狀態的線程池不會接收新任務,但會處理阻塞隊列中的任務;
3、STOP : 1 << COUNT_BITS,即高3位為001,該狀態的線程不會接收新任務,也不會處理阻塞隊列中的任務,而且會中斷正在運行的任務;
4、TIDYING : 2 << COUNT_BITS,即高3位為010,該狀態表示線程池對線程進行整理優化;
5、TERMINATED: 3 << COUNT_BITS,即高3位為011,該狀態表示線程池停止工作;


 向線程池提交任務(2種)

有兩種方式:

      Executor.execute(Runnable command);

      ExecutorService.submit(Callable<T> task);

execute()內部實現

1.首次通過workCountof()獲知當前線程池中的線程數,

  如果小於corePoolSize, 就通過addWorker()創建線程並執行該任務;

 否則,將該任務放入阻塞隊列;

2. 如果能成功將任務放入阻塞隊列中,  

如果當前線程池是非RUNNING狀態,則將該任務從阻塞隊列中移除,然后執行reject()處理該任務;

如果當前線程池處於RUNNING狀態,則需要再次檢查線程池(因為可能在上次檢查后,有線程資源被釋放),是否有空閑的線程;如果有則執行該任務;

3、如果不能將任務放入阻塞隊列中,說明阻塞隊列已滿;那么將通過addWoker()嘗試創建一個新的線程去執行這個任務;如果addWoker()執行失敗,說明線程池中線程數達到maxPoolSize,則執行reject()處理任務;

 sumbit()內部實現

會將提交的Callable任務會被封裝成了一個FutureTask對象

FutureTask類實現了Runnable接口,這樣就可以通過Executor.execute()提交FutureTask到線程池中等待被執行,最終執行的是FutureTask的run方法; 

比較:

 兩個方法都可以向線程池提交任務,execute()方法的返回類型是void,它定義在Executor接口中, 而submit()方法可以返回持有計算結果的Future對象,它定義在ExecutorService接口中,它擴展了Executor接口,其它線程池類像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有這些方法。 


線程池的關閉(2種)

  ThreadPoolExecutor提供了兩個方法,用於線程池的關閉,分別是shutdown()和shutdownNow(),其中:

    shutdown():不會立即終止線程池,而是要等所有任務緩存隊列中的任務都執行完后才終止,但再也不會接受新的任務

    shutdownNow():立即終止線程池,並嘗試打斷正在執行的任務,並且清空任務緩存隊列,返回尚未執行的任務


 線程池容量的動態調整

  ThreadPoolExecutor提供了動態調整線程池容量大小的方法:setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize(),

 

 

總結:

線程池中的核心線程數,當提交一個任務時,線程池創建一個新線程執行任務,直到當前線程數等於corePoolSize;如果當前線程數為corePoolSize,繼續提交的任務被保存到阻塞隊列中,等待被執行;如果阻塞隊列滿了,那就創建新的線程執行當前任務;直到線程池中的線程數達到maxPoolSize,這時再有任務來,只能執行reject()處理該任務;

注:如果執行了線程池的prestartAllCoreThreads()方法,線程池會提前創建並啟動所有核心線程。

 

 

 參考&&推薦:http://www.jianshu.com/p/87bff5cc8d8c

 


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