併發程式設計之：執行緒池（一）

小黑說Java發表於2021-09-03
程式設計執行緒

大家好，我是小黑，一個在網際網路苟且偷生的農民工。

池化

執行緒池是在計算機開發中常見的一種池化技術，是為了提高資源的利用率，將一些資源重複利用，避免重複的構建來提高效率。類似字串常量池，資料庫連線池，HttpClient連線池等，都是用的池化技術。

執行緒池

在沒有執行緒池概念之前，我們要使用執行緒必須先通過建立一個Thread類來完成執行緒的構建，並呼叫start()方法開啟，線上程執行完會將執行緒銷燬，而執行緒資源是很寶貴的，建立和銷燬執行緒會造成資源的浪費。而執行緒池是將建立的執行緒儲存到一個池中，在需要使用時從池中去拿，使用完之後再講執行緒歸還到池中，下一次接著使用。

舉個例子，好比我們去銀行辦理業務時，銀行會有視窗為客戶辦理業務，如果沒有執行緒池，就好比每次來一個客戶，銀行都開啟一個視窗，辦理完業務之後將視窗關閉，這樣確實很浪費時間，所以銀行會預設開幾個視窗，比如三個，等客戶來辦理業務；一個客戶辦理完，下一個客戶可以繼續在這個視窗辦理。

核心執行緒數

線上程池初始化時，會指定建立核心執行緒的數量，有任務提交給執行緒池時，先判斷是否有空閒執行緒，如果有空閒執行緒，則直接使用，如果沒有則看當前執行緒池中的數量是不是小於核心執行緒數，如果是則建立新的執行緒，如果已經到達核心執行緒數，則需要做下一步操作。

等待佇列

下一步操作就是要進入等待佇列，等待佇列好比是去銀行辦業務時沒有空閒視窗，需要坐在大廳的座椅上排隊；執行緒池也是一樣，如果沒有核心執行緒，則需要將任務放入等待佇列，等待有空閒執行緒再執行。

最大執行緒數

那我們都知道銀行有時候人特別多的時候，會增加視窗，一般是當大廳的座椅坐滿人時，視窗都很緊張處理不過來，這是會增加視窗；執行緒池也是一樣，如果等待的任務已經放滿了等待佇列，並且核心執行緒都在繁忙，這時會檢視執行緒池中的執行緒數量是否到達最大執行緒數，如果沒有則會建立新的執行緒來繼續處理。

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拒絕策略

那如果說，執行緒池中的執行緒已經到達最大執行緒數並且都在繁忙，還有新的任務進來，好比銀行已經坐滿人了，視窗也都在忙，客戶都排到門口了，這時要是還有人要辦理，應該怎麼處理呢？銀行一般會讓這個人先回家，改天再來辦，或者如果是個大客戶，銀行可能會單獨帶去VIP辦公室辦理等等。執行緒池在這種情況下也有相應的處理方式，這種處理方式我們稱之為拒絕策略，如果會放任務在當前執行緒執行，或者直接將任務丟棄等等，在後面的章節中我會詳細給大家介紹。

JDK中的執行緒池

在JDK中提供了相應的API來建立執行緒池，這些API也是在我們最近講到過的JUC包中。

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Executor

首先，執行緒池需要具備能夠執行任務的能力，這個任務通過一個執行緒來處理。而這個執行任務的能力通過Executor介面來約定。

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

ExecutorService

在某些場景我們需要知道任務執行完之後的結果，拿到返回值，而Runnable介面是沒有返回值的；以及一些可以關閉執行緒池中的執行緒，執行執行緒中的任務的方法，定義在ExecutorService介面中。

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ThreadPoolExecutor

ThreaPoolExecutor則是對ExecutorService的具體實現類，通過ThreaPoolExecutor類可以建立出一個執行緒池，我們先來看一下程式碼。

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    // 核心執行緒數 corePoolSize
    3, 
    // 最大執行緒數 maximumPoolSize
    5, 
    // 空閒執行緒保留存活的時間和時間單位
    10, TimeUnit.SECONDS, 
    // 等待佇列
    new ArrayBlockingQueue<>(3), 
    // 建立執行緒的工廠
    Executors.defaultThreadFactory(), 
    // 拒絕策略
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() 
);

從程式碼我們可以看出，建立一個執行緒池，需要指定我們上面說到的核心執行緒數，最大執行緒數，等待佇列，拒絕策略等，並且還要指定建立執行緒的工廠物件。

當然ThreadPoolExecutor也有其他的構造方法，可以不顯式指定拒絕策略和工廠物件。

new ThreadPoolExecutor(3,5,10,TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(3));
// 構造方法
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    // 使用預設的執行緒工廠和預設的拒絕策略。
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler); 
}

7個執行緒池引數

  • corePoolSize：核心執行緒數
  • maximumPoolSize：最大執行緒數
  • keepAliveTime：空閒執行緒保持存活時間
  • unit：空閒執行緒保持存活時間單位
  • workQueue：等待佇列
  • threadFactory：執行緒建立工廠
  • RejectedExecutionHandler：拒絕策略

4種拒絕策略

這裡我們說一下4中拒絕策略。介面RejectedExecutionHandler定義了拒絕策略，所有的拒絕策略都需要實現該介面。

public interface RejectedExecutionHandler {
    void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
}

在ThreadPoolExecutor類中定義了4個拒絕策略的具體實現。

  • AbortPolicy：拒絕處理，丟擲異常
  • CallerRunsPolicy：由建立該執行緒的執行緒（main）執行
  • DiscardPolicy： 丟棄，不丟擲異常
  • DiscardOldestPolicy：和最早建立的執行緒進行競爭，不丟擲異常

可通過如下方式進行拒絕策略的建立。

// 拒絕處理，丟擲異常
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy(); 
// 由建立該執行緒的執行緒（main）執行
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy();  
// 丟棄，不丟擲異常
new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy(); 
// 和最早建立的執行緒進行競爭，不丟擲異常
new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy();

4種執行緒池種類

那麼具體我們在使用時應該建立怎樣的執行緒池呢？在JDK的Executors工具類為我們提供了4種執行緒池的建立方式。

// 只有一個執行緒
Executors.newSingleThreadExecutor(); 
// 固定執行緒數
Executors.newFixedThreadPool(5); 
// 可伸縮的
Executors.newCachedThreadPool(); 
// 可延遲執行，使用優先佇列DelayedWorkQueue
Executors.newScheduledThreadPool(3);

小結

好的，通過今天的內容我們先對執行緒池的使用有一個初步的瞭解，下期內容再跟大家深入解析一下執行緒池中的具體實現原理。

本期內容就到這裡，我們下期見。
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