Java執行緒池初步解讀

Robod丶發表於2020-11-01
Java執行緒

好好學習，天天向上

本文已收錄至我的Github倉庫DayDayUP：github.com/RobodLee/DayDayUP，歡迎Star

幾個月前，寫了一篇《Java併發學習(一)：程式和執行緒》，其中埋了一個坑，說我不會用執行緒池，畢竟像我們們這種小學生，在學校做的小破專案也用不到執行緒池這種高大上的東西，所以一直也沒學。但是最近不是準備出去打工了嘛，所以執行緒池還是要學一下的，不然到時候面試官一問，啥也不會大眼瞪小眼，不是很尷尬嗎~~~。這不，這兩天看了下執行緒池，搞篇文章總結一下執行緒池的基本知識?

初識執行緒池

我們先來思考兩個問題：

啥玩意兒叫執行緒池呀？

這東西有啥用啊？

在沒有執行緒池之前我們是怎麼用執行緒的呢，是不是得先new一個執行緒物件，然後呼叫start方法去開啟一個執行緒，然後執行run方法裡的程式碼，執行完後再由JVM在適當的時機將其銷燬，有新的任務需要用到執行緒就再new一個出來，這樣頻繁的建立和銷燬執行緒效率不是很低嗎？這就相當於我是老闆，現在有一堆活，僱個人做一項工作，做完就把他辭掉，然後再僱一個人，再做工作再辭掉，那我為什麼不直接僱一個人讓他輪流做不同的工作呢？這樣我不就省事了嘛。對於執行緒而言，我可不可以建立若干個個執行緒然後複用這些執行緒去執行不同的任務？

執行緒池所實現的就是執行緒的複用。我先準備若干個執行緒放線上程池備用，如果有新任務來了，就從執行緒池裡取出一個執行緒處理，處理完了再放回池裡，這樣就提高了執行緒的利用率，避免了不必要的開銷，當新任務來的時候直接取出執行緒就能用，不用等待執行緒的建立。所以執行緒池不僅可以降低資源消耗，還可以提高響應速度。最關鍵的是，我們用執行緒池對執行緒進行統一的管理和分配，就可以提高執行緒的可管理性，避免了無限制地建立執行緒導致系統崩潰。

那麼執行緒池長啥樣呢？來張生動形象的圖來展示一下?

在這張圖中，執行緒池中有六個坑位，代表了最多可以容納六個執行緒，核心執行緒池中有4個執行緒，這裡面的執行緒是長期工，核心執行緒池外的兩個執行緒是臨時工。執行緒池外有個任務佇列，裡面有三個坑位，是用來存放臨時任務的。

執行緒池是怎麼處理任務的

當我們向執行緒池中新增一個新任務的時候，執行緒池是如何分配執行緒來處理任務的呢？

這張流程圖和《Java併發程式設計的藝術》裡面的差不多，圖中用紅色虛線框起來的是我在其基礎上新增的，這是我對執行緒池處理任務流程的理解。

  • 核心執行緒池中的執行緒預設情況下是當有任務提交的時候才開始建立，而且就算空閒的執行緒足以處理新任務，它仍然會建立新的執行緒去處理，直到核心執行緒數達到最大值，如果呼叫了prestartAllCoreThreads()方法則會事先建立所有核心執行緒。正常情況下，核心執行緒池中的執行緒一但建立了就不會自動被銷燬，除非設定了allowCoreThreadTimeOut=true，或者是執行緒在執行任務的時候報了異常。這也是我上一節將其稱為長期工的原因。

  • 如果核心執行緒池的執行緒已經滿了並且都在執行任務的話，新任務就會暫時被存放在任務佇列中，當核心執行緒池中有空閒的執行緒後就會從任務佇列中去取一個任務處理。

  • 那麼核心執行緒池中的執行緒都在工作，並且任務佇列已經排滿了，這時候就會建立新的執行緒去處理任務，這些執行緒我將其稱為臨時工，臨時工執行緒線上程池中但不在核心執行緒池中。當臨時工在指定的時間內沒有處理任務就會被“辭退”，也就是被銷燬，不像核心執行緒池中的執行緒那樣不幹活也可以長期駐留。

  • 當執行緒池中的執行緒都在工作，並且任務佇列也滿了，那麼新的任務就會交給飽和策略去處理。

總結一下，就是任務會優先交給核心執行緒處理，核心執行緒處理不過來會放入任務佇列，任務佇列排滿了才會去啟用臨時工執行緒。至於為什麼這樣設計很好理解，就和老闆僱傭員工一樣，畢竟多一個人就要多發一份工資，寧願讓客戶先等一下都不輕易僱新人，迫不得已才去僱傭臨時工，臨時工一段時間不幹活就辭退掉，最大程度節省開銷。是不是臨時工執行緒有點慘，沒辦法，這就是資本下打工人的無奈與辛酸~

執行緒池的建立與使用

直接new一個ThreadPoolExecutor就可以建立一個執行緒池。裡面有幾個引數：

  • corePoolSize：核心執行緒池中的執行緒數，作用上一節已經說過了，這裡大小設的是4，和文章開頭的示意圖一樣
  • maximumPoolSize：執行緒池中執行緒的最大數量，也就是說臨時工執行緒是6-4=2個
  • keepAliveTime：臨時工執行緒的存活時間，超過指定時間就會被銷燬
  • unit：時間的單位
  • workQueue：任務佇列
  • handler：飽和策略

要執行任務的話就呼叫execute方法，傳入一個Runnable物件，任務邏輯寫在run方法裡。

現在來驗證一下上一節中提到的執行緒池處理任務的邏輯是不是正確的。

int taskNum = 4;
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(4, 6, 1L, TimeUnit.SECONDS,
        new ArrayBlockingQueue<>(3), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
for (int i = 0; i < taskNum; i++) {
    threadPoolExecutor.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"     "+"歡迎關注微信公眾號：Robod");
        }
    });
}
Thread.sleep(2000);
System.out.println("當前執行緒池中執行緒數為:"+threadPoolExecutor.getPoolSize());
threadPoolExecutor.shutdown();	//關閉執行緒池

接下來通過調整taskNum的值，來觀察執行緒池的執行情況：

第一種情況?，在任務數不超過核心執行緒數的情況下，不管是否有空閒的執行緒，都會去建立新的執行緒去執行任務。

第二種情況?，任務數超過了核心執行緒數，但沒有超過核心執行緒數+任務佇列容量的時候，會將處理不過來的任務放在任務佇列中，然後複用核心執行緒去處理任務，不會去建立臨時工執行緒。

第三種情況?，當核心執行緒都被佔用並且佇列已滿的情況下，會建立臨時工執行緒去處理任務，當臨時工執行緒超過指定時間沒有處理任務時就會被銷燬。

第四種情況?，當執行緒池執行緒都在處理任務，並且隊伍佇列也滿了的時候，新任務就會交給飽和策略去處理，預設的是AbortPolicy，也就是直接拋異常。

任務佇列

當執行緒池中的執行緒處理不過來的時候，就會將任務暫時放入任務佇列中，任務佇列也有好幾種：

  • ArrayBlockingQueue：這個是我上一節中用到的，它是基於陣列實現的有界阻塞佇列，按照先進先出的順序對元素進行排列
  • LinkedBlockingDeque：基於連結串列實現的的阻塞佇列，初始化的時候不指定容量的話，預設容量是Integer.MAX_VALUE，相當於無界佇列，也是按照先進先出的規則排序元素
  • SynchronousQueue：一個不儲存元素的阻塞佇列。每個插入操作必須等到另一個執行緒呼叫移除操作，否則插入操作一直處於阻塞狀態。也就是說，當任務數超過執行緒池最大執行緒數時就會執行飽和策略
  • PriorityBlockingQueue：一個具有優先順序的無限阻塞佇列。

在實際使用的時候，建議使用有界佇列，因為使用無界佇列的話，如果有大量任務的話，當執行緒池處理不過來的話就會積壓在記憶體中，嚴重的會導致記憶體溢位，系統崩潰。

飽和策略

下面幾張圖中展示結果都是在上面的程式碼中修改建構函式中的引數得到的，所以程式碼就不重複貼了。

  • AbortPolicy：這個是預設的策略，當執行緒池中的執行緒都在工作，並且任務佇列已滿的時候，再試圖進來任務的話execute方法就會丟擲異常，記得一定要捕獲異常，不然程式就會終止。

    這裡將任務數設為20，最終有三個任務沒能執行，丟擲了異常。

  • CallerRunsPolicy：只用呼叫者所線上程來執行任務，什麼意思呢？比如下圖，我是在主執行緒中呼叫執行緒池去處理任務的，現在有三個任務執行緒池沒來得及處理，就交給呼叫者，也就是主執行緒來執行。

  • DiscardOldestPolicy：丟棄佇列裡最近的一個任務，並執行當前任務。

  • DiscardPolicy：不處理，丟棄掉。

總結

好了，文章到這裡就結束了。在本文中，介紹了執行緒池的組成，然後又介紹了下執行緒池處理新任務的過程。接著講了下怎麼使用執行緒池，並將任務佇列和飽和策略也簡單介紹了一下。感覺寫的還有很多瑕疵，但是如果小夥伴們能耐心看完的話，我相信還是能有一定收穫的。讓我們下期再見！

碼字不易，可以的話，給我來個點贊，收藏，關注

如果你喜歡我的文章，歡迎關注微信公眾號 『 R o b o d 』

本文已收錄至我的Github倉庫DayDayUP：github.com/RobodLee/DayDayUP，歡迎Star

相關文章