Java四種線程池newCachedThreadPool,newFixedThreadPool,newScheduledThreadPool,newSingleThreadExecutor

本文轉載自查看原文 2018-05-07 14:40 1892 JAVA學習

1、new Thread的弊端

執行一個異步任務你還只是如下new Thread嗎？

 
                   new  
                   Thread( 
                   new  
                   Runnable() { 
                  
                   @Override 
                  
                   public  
                   void  
                   run() { 
                  
                   // TODO Auto-generated method stub 
                  
                   } 
                  
                   }).start();

那你就out太多了，new Thread的弊端如下：

a. 每次new Thread新建對象性能差。
b. 線程缺乏統一管理，可能無限制新建線程，相互之間競爭，及可能占用過多系統資源導致死機或oom。
c. 缺乏更多功能，如定時執行、定期執行、線程中斷。
相比new Thread，Java提供的四種線程池的好處在於：
a. 重用存在的線程，減少對象創建、消亡的開銷，性能佳。
b. 可有效控制最大並發線程數，提高系統資源的使用率，同時避免過多資源競爭，避免堵塞。
c. 提供定時執行、定期執行、單線程、並發數控制等功能。

2、Java 線程池
Java通過Executors提供四種線程池，分別為：
newCachedThreadPool創建一個可緩存線程池，如果線程池長度超過處理需要，可靈活回收空閑線程，若無可回收，則新建線程。
newFixedThreadPool 創建一個定長線程池，可控制線程最大並發數，超出的線程會在隊列中等待。
newScheduledThreadPool 創建一個定長線程池，支持定時及周期性任務執行。
newSingleThreadExecutor 創建一個單線程化的線程池，它只會用唯一的工作線程來執行任務，保證所有任務按照指定順序(FIFO, LIFO, 優先級)執行。

(1). newCachedThreadPool
創建一個可緩存線程池，如果線程池長度超過處理需要，可靈活回收空閑線程，若無可回收，則新建線程。示例代碼如下：

 
                   ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool(); 
                  
                   for  
                   ( 
                   int  
                   i =  
                   0 
                   ; i <  
                   10 
                   ; i++) { 
                  
                   final  
                   int  
                   index = i; 
                  
                   try  
                   { 
                  
                   Thread.sleep(index *  
                   1000 
                   ); 
                  
                   }  
                   catch  
                   (InterruptedException e) { 
                  
                   e.printStackTrace(); 
                  
                   } 
                  
                   cachedThreadPool.execute( 
                   new  
                   Runnable() { 
                  
                   @Override 
                  
                   public  
                   void  
                   run() { 
                  
                   System.out.println(index); 
                  
                   } 
                  
                   }); 
                  
                   }

線程池為無限大，當執行第二個任務時第一個任務已經完成，會復用執行第一個任務的線程，而不用每次新建線程。

(2). newFixedThreadPool
創建一個定長線程池，可控制線程最大並發數，超出的線程會在隊列中等待。示例代碼如下：

 
                   ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool( 
                   3 
                   ); 
                  
                   for  
                   ( 
                   int  
                   i =  
                   0 
                   ; i <  
                   10 
                   ; i++) { 
                  
                   final  
                   int  
                   index = i; 
                  
                   fixedThreadPool.execute( 
                   new  
                   Runnable() { 
                  
                   @Override 
                  
                   public  
                   void  
                   run() { 
                  
                   try  
                   { 
                  
                   System.out.println(index); 
                  
                   Thread.sleep( 
                   2000 
                   ); 
                  
                   }  
                   catch  
                   (InterruptedException e) { 
                  
                   // TODO Auto-generated catch block 
                  
                   e.printStackTrace(); 
                  
                   } 
                  
                   } 
                  
                   }); 
                  
                   }

因為線程池大小為3，每個任務輸出index后sleep 2秒，所以每兩秒打印3個數字。

定長線程池的大小最好根據系統資源進行設置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()。可參考PreloadDataCache。

(3) newScheduledThreadPool
創建一個定長線程池，支持定時及周期性任務執行。延遲執行示例代碼如下：

 
                   ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool( 
                   5 
                   ); 
                  
                   scheduledThreadPool.schedule( 
                   new  
                   Runnable() { 
                  
                   @Override 
                  
                   public  
                   void  
                   run() { 
                  
                   System.out.println( 
                   "delay 3 seconds" 
                   ); 
                  
                   } 
                  
                   },  
                   3 
                   , TimeUnit.SECONDS);

表示延遲3秒執行。

定期執行示例代碼如下：

 
                   scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate( 
                   new  
                   Runnable() { 
                  
                   @Override 
                  
                   public  
                   void  
                   run() { 
                  
                   System.out.println( 
                   "delay 1 seconds, and excute every 3 seconds" 
                   ); 
                  
                   } 
                  
                   },  
                   1 
                   ,  
                   3 
                   , TimeUnit.SECONDS);

表示延遲1秒后每3秒執行一次。

ScheduledExecutorService比Timer更安全，功能更強大，后面會有一篇單獨進行對比。

(4)、newSingleThreadExecutor
創建一個單線程化的線程池，它只會用唯一的工作線程來執行任務，保證所有任務按照指定順序(FIFO, LIFO, 優先級)執行。示例代碼如下：

 
                   ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor(); 
                  
                   for  
                   ( 
                   int  
                   i =  
                   0 
                   ; i <  
                   10 
                   ; i++) { 
                  
                   final  
                   int  
                   index = i; 
                  
                   singleThreadExecutor.execute( 
                   new  
                   Runnable() { 
                  
                   @Override 
                  
                   public  
                   void  
                   run() { 
                  
                   try  
                   { 
                  
                   System.out.println(index); 
                  
                   Thread.sleep( 
                   2000 
                   ); 
                  
                   }  
                   catch  
                   (InterruptedException e) { 
                  
                   // TODO Auto-generated catch block 
                  
                   e.printStackTrace(); 
                  
                   } 
                  
                   } 
                  
                   }); 
                  
                   }

結果依次輸出，相當於順序執行各個任務。

現行大多數GUI程序都是單線程的。Android中單線程可用於數據庫操作，文件操作，應用批量安裝，應用批量刪除等不適合並發但可能IO阻塞性及影響UI線程響應的操作。

線程池的作用：

線程池作用就是限制系統中執行線程的數量。
根據系統的環境情況，可以自動或手動設置線程數量，達到運行的最佳效果；少了浪費了系統資源，多了造成系統擁擠效率不高。用線程池控制線程數量，其他線程排隊等候。一個任務執行完畢，再從隊列的中取最前面的任務開始執行。若隊列中沒有等待進程，線程池的這一資源處於等待。當一個新任務需要運行時，如果線程池中有等待的工作線程，就可以開始運行了；否則進入等待隊列。

為什么要用線程池:

1.減少了創建和銷毀線程的次數，每個工作線程都可以被重復利用，可執行多個任務。

2.可以根據系統的承受能力，調整線程池中工作線線程的數目，防止因為消耗過多的內存，而把服務器累趴下(每個線程需要大約1MB內存，線程開的越多，消耗的內存也就越大，最后死機)。

Java里面線程池的頂級接口是Executor，但是嚴格意義上講Executor並不是一個線程池，而只是一個執行線程的工具。真正的線程池接口是ExecutorService。

比較重要的幾個類：

ExecutorService	真正的線程池接口。
ScheduledExecutorService	能和Timer/TimerTask類似，解決那些需要任務重復執行的問題。
ThreadPoolExecutor	ExecutorService的默認實現。
ScheduledThreadPoolExecutor	繼承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口實現，周期性任務調度的類實現。

要配置一個線程池是比較復雜的，尤其是對於線程池的原理不是很清楚的情況下，很有可能配置的線程池不是較優的，因此在Executors類里面提供了一些靜態工廠，生成一些常用的線程池。

1. newSingleThreadExecutor

創建一個單線程的線程池。這個線程池只有一個線程在工作，也就是相當於單線程串行執行所有任務。如果這個唯一的線程因為異常結束，那么會有一個新的線程來替代它。此線程池保證所有任務的執行順序按照任務的提交順序執行。

2.newFixedThreadPool

創建固定大小的線程池。每次提交一個任務就創建一個線程，直到線程達到線程池的最大大小。線程池的大小一旦達到最大值就會保持不變，如果某個線程因為執行異常而結束，那么線程池會補充一個新線程。

3. newCachedThreadPool

創建一個可緩存的線程池。如果線程池的大小超過了處理任務所需要的線程，

那么就會回收部分空閑（60秒不執行任務）的線程，當任務數增加時，此線程池又可以智能的添加新線程來處理任務。此線程池不會對線程池大小做限制，線程池大小完全依賴於操作系統（或者說JVM）能夠創建的最大線程大小。

4.newScheduledThreadPool

創建一個大小無限的線程池。此線程池支持定時以及周期性執行任務的需求。

實例

1：newSingleThreadExecutor

MyThread.java

publicclassMyThread extends Thread {

@Override

publicvoid run() {

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在執行。。。");

}

TestSingleThreadExecutor.java

publicclassTestSingleThreadExecutor {

publicstaticvoid main(String[] args) {

//創建一個可重用固定線程數的線程池

ExecutorService pool = Executors. newSingleThreadExecutor();

//創建實現了Runnable接口對象，Thread對象當然也實現了Runnable接口

Thread t1 = new MyThread();

Thread t2 = new MyThread();

Thread t3 = new MyThread();

Thread t4 = new MyThread();

Thread t5 = new MyThread();

//將線程放入池中進行執行

pool.execute(t1);

pool.execute(t2);

pool.execute(t3);

pool.execute(t4);

pool.execute(t5);

//關閉線程池

pool.shutdown();

}

輸出結果

pool-1-thread-1正在執行。。。

2newFixedThreadPool

TestFixedThreadPool.Java

publicclass TestFixedThreadPool {

publicstaticvoid main(String[] args) {

//創建一個可重用固定線程數的線程池

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

//創建實現了Runnable接口對象，Thread對象當然也實現了Runnable接口

Thread t1 = new MyThread();

Thread t2 = new MyThread();

Thread t3 = new MyThread();

Thread t4 = new MyThread();

Thread t5 = new MyThread();

//將線程放入池中進行執行

pool.execute(t1);

pool.execute(t2);

pool.execute(t3);

pool.execute(t4);

pool.execute(t5);

//關閉線程池

pool.shutdown();

}

輸出結果

pool-1-thread-1正在執行。。。

pool-1-thread-2正在執行。。。

pool-1-thread-1正在執行。。。

pool-1-thread-2正在執行。。。

pool-1-thread-1正在執行。。。

3 newCachedThreadPool

TestCachedThreadPool.java

publicclass TestCachedThreadPool {

publicstaticvoid main(String[] args) {

//創建一個可重用固定線程數的線程池

ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();

//創建實現了Runnable接口對象，Thread對象當然也實現了Runnable接口

Thread t1 = new MyThread();

Thread t2 = new MyThread();

Thread t3 = new MyThread();

Thread t4 = new MyThread();

Thread t5 = new MyThread();

//將線程放入池中進行執行

pool.execute(t1);

pool.execute(t2);

pool.execute(t3);

pool.execute(t4);

pool.execute(t5);

//關閉線程池

pool.shutdown();

}

輸出結果：

pool-1-thread-2正在執行。。。

pool-1-thread-4正在執行。。。

pool-1-thread-3正在執行。。。

pool-1-thread-1正在執行。。。

pool-1-thread-5正在執行。。。

4newScheduledThreadPool

TestScheduledThreadPoolExecutor.java

publicclass TestScheduledThreadPoolExecutor {

publicstaticvoid main(String[] args) {

ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);

exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段時間就觸發異常

@Override

publicvoid run() {

//throw new RuntimeException();

System.out.println("================");

}

}, 1000, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);

exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段時間打印系統時間，證明兩者是互不影響的

@Override

publicvoid run() {

System.out.println(System.nanoTime());

}

}, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);

}

輸出結果

================

8384644549516

8386643829034

8388643830710

================

8390643851383

8392643879319

8400643939383

無論創建那種線程池必須要調用ThreadPoolExecutor

線程池類為 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，常用構造方法為：

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,
long keepAliveTime, TimeUnit unit,
BlockingQueue workQueue,
RejectedExecutionHandler handler)
corePoolSize：線程池維護線程的最少數量
maximumPoolSize：線程池維護線程的最大數量
keepAliveTime：線程池維護線程所允許的空閑時間
unit：線程池維護線程所允許的空閑時間的單位
workQueue：線程池所使用的緩沖隊列
handler：線程池對拒絕任務的處理策略

一個任務通過 execute(Runnable)方法被添加到線程池，任務就是一個 Runnable類型的對象，任務的執行方法就是 Runnable類型對象的run()方法。

當一個任務通過execute(Runnable)方法欲添加到線程池時：

如果此時線程池中的數量小於corePoolSize，即使線程池中的線程都處於空閑狀態，也要創建新的線程來處理被添加的任務。
如果此時線程池中的數量等於 corePoolSize，但是緩沖隊列 workQueue未滿，那么任務被放入緩沖隊列。
如果此時線程池中的數量大於corePoolSize，緩沖隊列workQueue滿，並且線程池中的數量小於maximumPoolSize，建新的線程來處理被添加的任務。
如果此時線程池中的數量大於corePoolSize，緩沖隊列workQueue滿，並且線程池中的數量等於maximumPoolSize，那么通過 handler所指定的策略來處理此任務。

也就是：處理任務的優先級為：
核心線程corePoolSize、任務隊列workQueue、最大線程maximumPoolSize，如果三者都滿了，使用handler處理被拒絕的任務。

當線程池中的線程數量大於 corePoolSize時，如果某線程空閑時間超過keepAliveTime，線程將被終止。這樣，線程池可以動態的調整池中的線程數。

unit可選的參數為java.util.concurrent.TimeUnit中的幾個靜態屬性：
NANOSECONDS、MICROSECONDS、MILLISECONDS、SECONDS。

workQueue我常用的是：java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue

handler有四個選擇：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
拋出java.util.concurrent.RejectedExecutionException異常
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
重試添加當前的任務，他會自動重復調用execute()方法
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
拋棄舊的任務
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()
拋棄當前的任務

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。

Executor 可以創建 3 種類型的 ThreadPoolExecutor 線程池：

1. FixedThreadPool

創建固定長度的線程池，每次提交任務創建一個線程，直到達到線程池的最大數量，線程池的大小不再變化。

這個線程池可以創建固定線程數的線程池。特點就是可以重用固定數量線程的線程池。它的構造源碼如下：

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

FixedThreadPool的corePoolSize和maxiumPoolSize都被設置為創建FixedThreadPool時指定的參數nThreads。
0L則表示當線程池中的線程數量操作核心線程的數量時，多余的線程將被立即停止
最后一個參數表示FixedThreadPool使用了無界隊列LinkedBlockingQueue作為線程池的做工隊列，由於是無界的，當線程池的線程數達到corePoolSize后，新任務將在無界隊列中等待，因此線程池的線程數量不會超過corePoolSize，同時maxiumPoolSize也就變成了一個無效的參數，並且運行中的線程池並不會拒絕任務。

FixedThreadPool運行圖如下

執行過程如下：

1.如果當前工作中的線程數量少於corePool的數量，就創建新的線程來執行任務。

2.當線程池的工作中的線程數量達到了corePool，則將任務加入LinkedBlockingQueue。

3.線程執行完1中的任務后會從隊列中去任務。

注意LinkedBlockingQueue是無界隊列，所以可以一直添加新任務到線程池。

2. SingleThreadExecutor　　

SingleThreadExecutor是使用單個worker線程的Executor。特點是使用單個工作線程執行任務。它的構造源碼如下：

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

SingleThreadExecutor的corePoolSize和maxiumPoolSize都被設置1。

其他參數均與FixedThreadPool相同，其運行圖如下：

執行過程如下：

1.如果當前工作中的線程數量少於corePool的數量，就創建一個新的線程來執行任務。

2.當線程池的工作中的線程數量達到了corePool，則將任務加入LinkedBlockingQueue。

3.線程執行完1中的任務后會從隊列中去任務。

注意：由於在線程池中只有一個工作線程，所以任務可以按照添加順序執行。

3. CachedThreadPool

CachedThreadPool是一個”無限“容量的線程池，它會根據需要創建新線程。特點是可以根據需要來創建新的線程執行任務，沒有特定的corePool。下面是它的構造方法：

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

CachedThreadPool的corePoolSize被設置為0，即corePool為空；maximumPoolSize被設置為Integer.MAX_VALUE，即maximum是無界的。這里keepAliveTime設置為60秒，意味着空閑的線程最多可以等待任務60秒，否則將被回收。

CachedThreadPool使用沒有容量的SynchronousQueue作為主線程池的工作隊列，它是一個沒有容量的阻塞隊列。每個插入操作必須等待另一個線程的對應移除操作。這意味着，如果主線程提交任務的速度高於線程池中處理任務的速度時，CachedThreadPool會不斷創建新線程。極端情況下，CachedThreadPool會因為創建過多線程而耗盡CPU資源。其運行圖如下：

執行過程如下：

1.首先執行SynchronousQueue.offer(Runnable task)。如果在當前的線程池中有空閑的線程正在執行SynchronousQueue.poll()，那么主線程執行的offer操作與空閑線程執行的poll操作配對成功，主線程把任務交給空閑線程執行。，execute()方法執行成功，否則執行步驟2

2.當線程池為空(初始maximumPool為空)或沒有空閑線程時，配對失敗，將沒有線程執行SynchronousQueue.poll操作。這種情況下，線程池會創建一個新的線程執行任務。

3.在創建完新的線程以后，將會執行poll操作。當步驟2的線程執行完成后，將等待60秒，如果此時主線程提交了一個新任務，那么這個空閑線程將執行新任務，否則被回收。因此長時間不提交任務的CachedThreadPool不會占用系統資源。

SynchronousQueue是一個不存儲元素阻塞隊列，每次要進行offer操作時必須等待poll操作，否則不能繼續添加元素。

最后來個各種阻塞隊列的說明和比較：

　　Java並發包中的阻塞隊列一共7個，當然他們都是線程安全的。

　　ArrayBlockingQueue：一個由數組結構組成的有界阻塞隊列。

　　LinkedBlockingQueue：一個由鏈表結構組成的有界阻塞隊列。

　　PriorityBlockingQueue：一個支持優先級排序的無界阻塞隊列。

　　DealyQueue：一個使用優先級隊列實現的無界阻塞隊列。

　　SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。

　　LinkedTransferQueue：一個由鏈表結構組成的無界阻塞隊列。

　　LinkedBlockingDeque：一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列。

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