JAVA线程池原理详解一

匿名 (未验证) 提交于 2019-12-02 21:53:52

线程池的优点

1、线程是稀缺资源,使用线程池可以减少创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以重复使用。

2、可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线程的数量,防止因为消耗过多内存导致服务器崩溃。

线程池的创建

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

corePoolSize:线程池核心线程数量

maximumPoolSize:线程池最大线程数量

keepAliverTime:当活跃线程数大于核心线程数时,空闲的多余线程最大存活时间

unit:存活时间的单位

workQueue:存放任务的队列

handler:超出线程范围和队列容量的任务的处理程序

线程池的实现原理

  

提交一个任务到线程池中,线程池的处理流程如下:

1、判断线程池里的核心线程是否都在执行任务,如果不是(核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建)则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务,则进入下个流程。

2、线程池判断工作队列是否已满,如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程。

3、判断线程池里的线程是否都处于工作状态,如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

线程池的源码解读

1、ThreadPoolExecutor的execute()方法

public void execute(Runnable command) {         if (command == null)             throw new NullPointerException();        //如果线程数大于等于基本线程数或者线程创建失败,将任务加入队列         if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {           //线程池处于运行状态并且加入队列成功             if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {                 if (runState != RUNNING || poolSize == 0)                     ensureQueuedTaskHandled(command);             }          //线程池不处于运行状态或者加入队列失败,则创建线程(创建的是非核心线程)             else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))            //创建线程失败,则采取阻塞处理的方式                 reject(command); // is shutdown or saturated         }     } 

2、创建线程的方法:addIfUnderCorePoolSize(command)

private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {         Thread t = null;         final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;         mainLock.lock();         try {             if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)                 t = addThread(firstTask);         } finally {             mainLock.unlock();         }         if (t == null)             return false;         t.start();         return true;     } 

我们重点来看第7行:

private Thread addThread(Runnable firstTask) {         Worker w = new Worker(firstTask);         Thread t = threadFactory.newThread(w);         if (t != null) {             w.thread = t;             workers.add(w);             int nt = ++poolSize;             if (nt > largestPoolSize)                 largestPoolSize = nt;         }         return t;     } 

这里将线程封装成工作线程worker,并放入工作线程组里,worker类的方法run方法:

public void run() {             try {                 Runnable task = firstTask;                 firstTask = null;                 while (task != null || (task = getTask()) != null) {                     runTask(task);                     task = null;                 }             } finally {                 workerDone(this);             }         } 

worker在执行完任务后,还会通过getTask方法循环获取工作队里里的任务来执行。

我们通过一个程序来观察线程池的工作原理:

1、创建一个线程

public class ThreadPoolTest implements Runnable {     @Override     public void run()     {         try         {             Thread.sleep(300);         }         catch (InterruptedException e)         {             e.printStackTrace();         }     } } 

2、线程池循环运行16个线程:

public static void main(String[] args)     {         LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =             new LinkedBlockingQueue<Runnable>(5);         ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, queue);         for (int i = 0; i < 16 ; i++)         {             threadPool.execute(                 new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));             System.out.println("线程池中活跃的线程数: " + threadPool.getPoolSize());             if (queue.size() > 0)             {                 System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());             }         }         threadPool.shutdown();     } 

执行结果:

线程池中活跃的线程数: 1 线程池中活跃的线程数: 2 线程池中活跃的线程数: 3 线程池中活跃的线程数: 4 线程池中活跃的线程数: 5 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数1 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数2 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数3 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数4 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数5 线程池中活跃的线程数: 6 ----------------队列中阻塞的线程数5 线程池中活跃的线程数: 7 ----------------队列中阻塞的线程数5 线程池中活跃的线程数: 8 ----------------队列中阻塞的线程数5 线程池中活跃的线程数: 9 ----------------队列中阻塞的线程数5 线程池中活跃的线程数: 10 ----------------队列中阻塞的线程数5 Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Thread[Thread15,5,main] rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@232204a1[Running, pool size = 10, active threads = 10, queued tasks = 5, completed tasks = 0]     at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)     at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)     at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)     at test.ThreadTest.main(ThreadTest.java:17) 

从结果可以观察出:

1、创建的线程池具体配置为:核心线程数量为5个;全部线程数量为10个;工作队列的长度为5。

2、我们通过queue.size()的方法来获取工作队列中的任务数。

3、运行原理:

      刚开始都是在创建新的线程,达到核心线程数量5个后,新的任务进来后不再创建新的线程,而是将任务加入工作队列,任务队列到达上线5个后,新的任务又会创建新的普通线程,直到达到线程池最大的线程数量10个,后面的任务则根据配置的饱和策略来处理。我们这里没有具体配置,使用的是默认的配置AbortPolicy:直接抛出异常。

  当然,为了达到我需要的效果,上述线程处理的任务都是利用休眠导致线程没有释放!!!

RejectedExecutionHandler:饱和策略

当队列和线程池都满了,说明线程池处于饱和状态,那么必须对新提交的任务采用一种特殊的策略来进行处理。这个策略默认配置是AbortPolicy,表示无法处理新的任务而抛出异常。JAVA提供了4中策略:

1、AbortPolicy:直接抛出异常

2、CallerRunsPolicy:只用调用所在的线程运行任务

3、DiscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务。

4、DiscardPolicy:不处理,丢弃掉。

我们现在用第四种策略来处理上面的程序:

public static void main(String[] args)     {         LinkedBlockingQueue<Runnable> queue =             new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3);         RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();          ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);         for (int i = 0; i < 9 ; i++)         {             threadPool.execute(                 new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + "")));             System.out.println("线程池中活跃的线程数: " + threadPool.getPoolSize());             if (queue.size() > 0)             {                 System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size());             }         }         threadPool.shutdown();     }  

结果

线程池中活跃的线程数: 1 线程池中活跃的线程数: 2 线程池中活跃的线程数: 2 ----------------队列中阻塞的线程数1 线程池中活跃的线程数: 2 ----------------队列中阻塞的线程数2 线程池中活跃的线程数: 2 ----------------队列中阻塞的线程数3 线程池中活跃的线程数: 3 ----------------队列中阻塞的线程数3 线程池中活跃的线程数: 4 ----------------队列中阻塞的线程数3 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数3 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数3 

这里采用了丢弃策略后,就没有再抛出异常,而是直接丢弃。在某些重要的场景下,可以采用记录日志或者存储到数据库中,而不应该直接丢弃。  

 

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