Java多线程 – 创建线程池的方法 – ThreadPoolExecutor和Executors

admin • 2023-06-07 18:53 • Java

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- 线程池(重点)

线程池(重点)

线程池介绍

什么是线程池?

线程池就是一个可以复用线程的技术。

不使用线程池的问题:

如果用户每发起一个请求，后台就创建一个新线程来处理，下次新任务来了又要创建新线程，而创建新线程的开销是很大的，这样会严重影响系统的性能。

线程池工作原理:

例如线程池中最多可以允许创建三个工作线程, 也叫核心线程, 前面三个任务来的时候会给前面三个任务单独创建三个线程; 但是后面任务再来的时候, 因为创建的工作线程已达到最大数, 那么后面的任务就会进入任务队列中排队等待; 等前面的任务执行完成, 有空闲的线程的时候使用空闲的线程依次执行任务队列中的任务

实现线程池的方式

谁代表线程池?

JDK 5.0起提供了代表线程池的接口：ExecutorService

如何得到线程池对象?

方式一：使用ExecutorService的实现类ThreadPoolExecutor自创建一个线程池对象
方式二：使用Executors（线程池的工具类）调用方法返回不同特点的线程池对象

方式一: 实现类ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor构造器的参数

ThreadPoolExecutor的构造器有如下参数

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

参数介绍:

参数一：指定线程池的线程数量(核心线程): corePoolSize ----> 不能小于0

参数二：指定线程池可支持的最大线程数： maximumPoolSize ----> 最大数量 >= 核心线程数量

参数三：指定临时线程的最大存活时间： keepAliveTime ----> 不能小于0

参数四：指定存活时间的单位(秒、分、时、天): unit ----> 时间单位

参数五：指定任务队列： workQueue ----> 不能为null

参数六：指定用哪个线程工厂创建线程： threadFactory ----> 不能为null

参数七：指定线程忙，任务满的时候，新任务拒绝策略： handler ----> 不能为null

新任务拒绝策略:

策略	详解
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy	丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。是默认的策略
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy	丢弃任务，但是不抛出异常这是不推荐的做法
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy	抛弃队列中等待最久的任务然后把当前任务加入队列中
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy	由主线程负责调用任务的run()方法从而绕过线程池直接执行

ThreadPoolExecutor创建线程池对象示例:

ExecutorService pools = new ThreadPoolExecutor(3, 
                                               5, 
                                               8, 
                                               TimeUnit.SECONDS, 
                                               new ArrayBlockingQueue<>(6), 
                                               Executors.defaultThreadFactory(), 
                                               new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

思考:

临时线程什么时候创建啊?

新任务提交时发现核心线程都在忙，任务队列也满了，并且还可以创建临时线程，此时才会创建临时线程。

什么时候会开始拒绝任务?

核心线程和临时线程都在忙，任务队列也满了，新的任务过来的时候才会开始任务拒绝。

线程池处理Runnable任务

ExecutorService的常用方法:

方法名称	说明
`execute(Runnable command)`	执行任务/命令，没有返回值，一般用来执行 Runnable 任务
shutdown()	等任务执行完毕后关闭线程池(一般不会关闭线程池)
shutdownNow()	立刻关闭，停止正在执行的任务，并返回队列中未执行的任务(一般不会关闭线程池)

演示代码:

创建一个Runnable任务线程类

public class MyRunnable implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行输出: " + i);
        }
        // 为了测试, 我们让每个线程睡眠3秒
        try {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程进入休眠");
            Thread.sleep(3000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行完成");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在主类中, 创建一个线程池对象并创建Runnable任务交给线程池处理

如果只有三个任务, 那么会被三个核心线程同时执行

public static void main(String[] args) {
    // 1. 创建一个线程池对象 核心线程为5, 最大线程数5, 临时线程存活6秒, 任务队列最大为5
    ExecutorService es = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 6,
            TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(5), Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    // 2. Runnable任务交给任务线程池处理
    Runnable target = new MyRunnable();
    // 三个Runnable任务会被核心线程执行
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);
}

打印结果如下

pool-1-thread-1线程执行输出: 0
pool-1-thread-2线程执行输出: 0
pool-1-thread-3线程执行输出: 0
pool-1-thread-2线程执行输出: 1
pool-1-thread-2线程执行输出: 2
pool-1-thread-2线程执行输出: 3
pool-1-thread-1线程执行输出: 1
pool-1-thread-2线程执行输出: 4
pool-1-thread-3线程执行输出: 1
pool-1-thread-3线程执行输出: 2
pool-1-thread-3线程执行输出: 3
pool-1-thread-1线程执行输出: 2
pool-1-thread-3线程执行输出: 4
pool-1-thread-1线程执行输出: 3
pool-1-thread-1线程执行输出: 4
pool-1-thread-2线程进入休眠
pool-1-thread-3线程进入休眠
pool-1-thread-1线程进入休眠
pool-1-thread-3线程执行完成
pool-1-thread-1线程执行完成
pool-1-thread-2线程执行完成

如果核心线程全部被占用, 那么后面的任务会进入任务队列中排队等待有空闲的核心线程; 由于我们设置的任务队列数是5, 所以进入任务队列的任务数量小于等于5时, 不会创建临时线程

public static void main(String[] args) {
    // 1. 创建一个线程池对象 核心线程为5, 最大线程数5, 临时线程存活6秒, 任务队列最大为5
    ExecutorService es = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 6,
            TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(5), Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    // 2. Runnable任务交给任务线程池处理
    Runnable target = new MyRunnable();
    // 三个Runnable任务会被核心线程执行
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);

    // 三个核心线程被占满, 会进入任务队列排队等待有空闲的核心线程
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);
}

由于核心线程都在忙, 任务队列也满了, 这时候我们再继续添加任务时, 就会创建临时线程; 因为我们设置的核心线程数是3个, 最大线程数是5个, 所以临时线程最多只会创建两个

public static void main(String[] args) {
    // 1. 创建一个线程池对象 核心线程为5, 最大线程数5, 临时线程存活6秒, 任务队列最大为5
    ExecutorService es = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 6,
            TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(5), Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    // 2. Runnable任务交给任务线程池处理
    Runnable target = new MyRunnable();
    // 三个Runnable任务会被核心线程执行
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);

    // 三个核心线程被占满, 会进入任务队列排队等待有空闲的核心线程(我们设置的任务队列最大允许排队5个任务)
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);

    // 三个核心线程都在忙, 任务队列满, 创建临时线程
    es.execute(target);
    es.execute(target);
}

核心线程都忙, 任务队列满, 临时线程忙, 此时再继续添加任务就会触发拒绝任务策略

public static void main(String[] args) {
    // 1. 创建一个线程池对象 核心线程为5, 最大线程数5, 临时线程存活6秒, 任务队列最大为5
    ExecutorService es = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 6,
            TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(5), Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    // 2. Runnable任务交给任务线程池处理
    Runnable target = new MyRunnable();
    // 三个Runnable任务会被核心线程执行
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);

    // 三个核心线程被占满, 会进入任务队列排队等待有空闲的核心线程(我们设置的任务队列最大允许排队5个任务)
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);
    es.execute(target);

    // 三个核心线程都在忙, 任务队列满, 创建临时线程
    es.execute(target);
    es.execute(target);

    // 后续任务拒绝任务会被拒绝
    es.execute(target);
}

线程池处理Callable任务

ExecutorService常用方法:

方法名称	说明
`submit(Callable<T> task)`	执行Callable任务，返回未来任务对象(FutureTask)获取线程结果
shutdown()	等任务执行完毕后关闭线程池
shutdownNow()	立刻关闭，停止正在执行的任务，并返回队列中未执行的任务

注意: submit方法返回的是Future对象, Future对象是FutureTask对象继承的父类

演示代码:

定义一个Callable任务类, 用于计算1到n的和返回

package com.chenyq.d4_threadpool2;

import java.util.concurrent.Callable;

public class MyCallable implements Callable<String> {
    private int n;
    public MyCallable(int n) {
        this.n = n;
    }

    @Override
    public String call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int i = 1; i <= n ; i++) {
            sum += i;
        }
        // 为了测试, 让每一个线程任务睡眠3秒
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程进入睡眠");
        Thread.sleep(3000);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程执行完成");
        return Thread.currentThread().getName() + "执行1-" + n + "结果是: " + sum;
    }
}

线程池处理Callable任务时的细节和处理Callable的一样, 这里不再一一赘述, 代码如下

public static void main(String[] args) {
    // 1. 创建一个线程池对象 核心线程为5, 最大线程数5, 临时线程存活6秒, 任务队列最大为5
    ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 6,
            TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(5), Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    // 2. 创建Callable任务, 调用submit方法, 交给任务线程池处理, 返回未来线程对象
    // 三个Runnable任务会被核心线程执行
    Future<String> f1 = pool.submit(new MyCallable(10));
    Future<String> f2 = pool.submit(new MyCallable(20));
    Future<String> f3 = pool.submit(new MyCallable(30));

    // 三个核心线程被占满, 会进入任务队列排队等待有空闲的核心线程(我们设置的任务队列最大允许排队5个任务)
    Future<String> f4 = pool.submit(new MyCallable(30));
    Future<String> f5 = pool.submit(new MyCallable(40));
    Future<String> f6 = pool.submit(new MyCallable(50));
    Future<String> f7 = pool.submit(new MyCallable(40));
    Future<String> f8 = pool.submit(new MyCallable(50));

    // 三个核心线程都在忙, 任务队列满, 创建临时线程
    Future<String> f9 = pool.submit(new MyCallable(80));
    Future<String> f10 = pool.submit(new MyCallable(60));

    // 后续任务拒绝任务会被拒绝
    Future<String> f11 = pool.submit(new MyCallable(30));

    // 3. 互获取未来线程的返回结果
    try { // 正常的结果
        System.out.println(f1.get());
        System.out.println(f2.get());
        System.out.println(f3.get());
        System.out.println(f4.get());
        System.out.println(f5.get());
        System.out.println(f6.get());
        System.out.println(f7.get());
        System.out.println(f8.get());
        System.out.println(f9.get());
        System.out.println(f10.get());
        System.out.println(f11.get());
    } catch (Exception e) { // 异常的结果
        e.printStackTrace();
    }
}

方式二: Executors工具类创建线程池

Executors得到线程池对象的常用方法如下(工具类的方法基本都是静态方法):

Executors：线程池的工具类通过调用方法返回不同类型的线程池对象。

方法名称	说明
ExecutorService newCachedThreadPool()	线程数量随着任务增加而增加，如果线程任务执行完毕且空闲了一段时间则会被回收掉。
`ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)`	创建固定线程数量的线程池，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程替代它(保证线程存活数量)。
ExecutorService newSingleThreadExecutor ()	创建只有一个线程的线程池对象，如果该线程出现异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)	创建一个线程池，可以实现在给定的延迟后运行任务，或者定期执行任务。

注意：Executors的底层其实也是基于线程池的实现类ThreadPoolExecutor创建线程池对象的。

例如下面代码当我们通过newFixedThreadPool方法创建线程池对象时
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);
它的源码是创建了一个核心线程3, 最大线程3, 意味着没有临时线程, 所以临时线程存活时间也为0, 源码如下
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

演示代码:

我们演示使用newFixedThreadPool(int nThreads)方法创建线程池.

在主类中创建Runnable任务提交到线程池

public static void main(String[] args) {
    // 1. 创建线程池对象
    ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);
    // 2. 提交Runnable任务到线程池
    pool.execute(new MyRunnable());
    pool.execute(new MyRunnable());
    pool.execute(new MyRunnable());
    // 提交第四个任务就已经没有多余线程了, 会被拒绝
    pool.execute(new MyRunnable());
}

Executors执行Callable任务

public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 1. 创建线程池对象
    ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(3);

    // 2. 提交Callable任务
    Future f1 = pool.submit(new MyCallable(10));
    Future f2 = pool.submit(new MyCallable(20));
    Future f3 = pool.submit(new MyCallable(30));

    // 获取任务返回结果
    System.out.println(f1.get());
    System.out.println(f2.get());
    System.out.println(f3.get());
}

Executors使用可能存在的陷阱

大型并发系统环境中使用Executors如果不注意可能会出现系统风险。

方法名称	存在问题
ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)	允许创建的线程是固定的, 但是线程允许请求的任务队列长度是无穷大的(Integer.MAX_VALUE)，可能出现OOM内存溢出错误（java.lang.OutOfMemoryError ）
ExecutorService newSingleThreadExecutor()	允许创建的线程是固定的, 允许请求的任务队列长度是无穷大的(Integer.MAX_VALUE)，可能出现OOM内存溢出错误（java.lang.OutOfMemoryError ）
ExecutorService newCachedThreadPool()	创建的线程数量最大上限是无穷大(Integer.MAX_VALUE)，线程数可能会随着任务1:1增长，也可能出现OOM内存溢出错误 ( java.lang.OutOfMemoryError ）
ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)	创建的线程数量最大上限是无穷大(Integer.MAX_VALUE)，线程数可能会随着任务1:1增长，也可能出现OOM内存溢出错误 ( java.lang.OutOfMemoryError ）

阿里巴巴开发手册中明确说明, 不允许Executors创建线程池

本图文内容来源于网友网络收集整理提供，作为学习参考使用，版权属于原作者。

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