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Java线程池使用与原理详解

2019年07月19日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

xianwang,存在感,非诚勿扰刘虎

线程池是什么?

我们可以利用java很容易创建一个新线程,同时操作系统创建一个线程也是一笔不小的开销。所以基于线程的复用,就提出了线程池的概念,我们使用线程池创建出若干个线程,执行完一个任务后,该线程会存在一段时间(用户可以设定空闲线程的存活时间,后面会介绍),等到新任务来的时候就直接复用这个空闲线程,这样就省去了创建、销毁线程损耗。当然空闲线程也会是一种资源的浪费(所有才有空闲线程存活时间的限制),但总比频繁的创建销毁线程好太多。
下面是我的测试代码

  /*
   * @todo 线程池测试
   */
  @test
  public void threadpool(){

    /*java提供的统计线程运行数,一开始设置其值为50000,每一个线程任务执行完
     * 调用countdownlatch#coutdown()方法(其实就是自减1)
     * 当所有的线程都执行完其值就为0
    */
    countdownlatch count = new countdownlatch(50000);
    long start = system.currenttimemillis();
    executor pool = executors.newfixedthreadpool(10);//开启线程池最多会创建10个线程
    for(int i=0;i<50000;i++){
      pool.execute(new runnable() {
        @override
        public void run() {
          system.out.println("hello");
          count.countdown();
        }
      });
    }

    while(count.getcount()!=0){//堵塞等待5w个线程运行完毕

    }
    long end = system.currenttimemillis();
    system.out.println("50个线程都执行完了,共用时:"+(end-start)+"ms");
  }


  /**
   *@todo 手动创建线程测试 
   */
  @test
  public void thread(){
    countdownlatch count = new countdownlatch(50000);
    long start = system.currenttimemillis();
    for(int i=0;i<50000;i++){
      thread thread = new thread(new runnable() {

        @override
        public void run() {
          system.out.println("hello");
          count.countdown();
        }
      });
      thread.start();
    }

    while(count.getcount()!=0){//堵塞等待5w个线程运行完毕

    }
    long end = system.currenttimemillis();
    system.out.println("50000个线程都执行完了,共用时:"+(end-start)+"ms");


  }

使用线程池5w线程运行完大约为400ms,不使用线程池运行大约为4350ms左右,其效率可见一斑(读者可以自行测试,不过由于电脑配置不一样,跑出来的数据会有差别,但使用线程池绝对是比创建线程要快的)。

java如何使用线程池?

上面的测试代码中已经使用了线程池,下面正式介绍一下。

java所有的线程池最顶层是一个executor接口,其只有一个execute方法,用于执行所有的任务,java又提供了executorservice接口继承自executor并且扩充了一下方法,在往下就是abstractexecutorservice这个抽象类,其实现了executorservice,最后就是threadpoolexecutor其继承自上面的抽象类,我们常使用的java线程池就是创建的这个类的实例。

而上面我们使用executors是一个工具类,它就是一个语法糖,为我们把各种不同的业务的线程池参数进行封装,进行new操作。

 public static executorservice newfixedthreadpool(int nthreads) {
    return new threadpoolexecutor(nthreads, nthreads,
                   0l, timeunit.milliseconds,
                   new linkedblockingqueue<runnable>());
  }

上面就是executors.newfixedthreadpool(10)的源码。

下面重点来了,说一说threadpoolexecutor构造方法各参数的意思。

 public threadpoolexecutor(int corepoolsize,
               int maximumpoolsize,
               long keepalivetime,
               timeunit unit,
               blockingqueue<runnable> workqueue,
               threadfactory threadfactory,
               rejectedexecutionhandler handler)

上面这个构造方法是最全的。

下面我们根据源码来解释部分参数意思,这样更有说服力。

下面是threadpoolexecutor#execute方法,就是我们上面接口调用的execute实际执行者。

 public void execute(runnable command) {
    if (command == null)
      throw new nullpointerexception();

    int c = ctl.get();
    if (workercountof(c) < corepoolsize) {
      if (addworker(command, true))
        return;
      c = ctl.get();
    }
    if (isrunning(c) && workqueue.offer(command)) {
      int recheck = ctl.get();
      if (! isrunning(recheck) && remove(command))
        reject(command);
      else if (workercountof(recheck) == 0)
        addworker(null, false);
    }
    else if (!addworker(command, false))
      reject(command);
  }

ctl是一个atomicinteger实例,是一个提供了原子语句的cas操作的类,它用来记录线程池中当前运行的线程数量加上-2^29,workcountof方法就取得其绝对值(可以去看源码如何实现),当其小于corepoolsize时,会调用addworker方法(是用来创建一个新workder,workder会创建一个thread,所以就是创建线程的方法),addworkd创建线程过程中会跟corepoolsize或者maxnumpoolsize的值比较(当传入true会根corepoolsize比较,false会根据maxnumpoolsize比较,大于等于其值会创建失败)。可见如何当前运行中的线程数量小于corepoolsize就是创建并且也会创建成功(
只简单的讨论线程池running状态下)。

如果当运行中线程数大于等于corepoolsize时,进入第二个if,isrunning是跟shutdown(其值=0)比较,之前说过c等于当前运行的线程数量加上-2^29,如果当前当前运行的线程数据达到2^29时其值就=0,isrunning返回false,else中在执行addworkd也会返回false(addworkd也对其进行了检验),所以这表示线程池最多能支持2^29个线程同时运行(足够用了)。

workqueue.offer(command)就是将runnable加入等待队列,加入等待队列后runworker方法会从队列中获取任务执行的。如果当前队列采用的是有界队列(arrayblockingqueue)当队列满了offer就会返回false,这是就进入else if,看!这里传入了false,说明这里要跟maxnumpoolsize比较了,如果这里运行的线程数大于等于maxnumpoolsize,那么这个线程任务就要被线程池拒绝了,执行reject(command),拒绝方法中使用了我们threadpoolexecutor构造方法中的rejectedexecutionhandler(拒绝策略),后面再详细解释。

经过上面的结合源码的介绍,下面对们threadpoolexecutor的参数介绍就好理解了。

线程池中线程创建和拒绝策略

corepoolsize,maxnumpoolsize,blockingqueue这三个要一块说

当线程池运行的线程小于corepoolsize时,来一个新线程任务总是会新建一个线程来执行;当大于corepoolsize就会把任务加入到等待队列blockingqueue中,如果你传入的blockingqueue是一个无界队列(linkedblockingqueue)这是队列可以存放“无穷多”的任务,所有总是会加入队列成功,跟maxnumpoolsize就没关系了,这也表示线程池中线程数最多为corepoolsize个;但是如果你传入的是有界队列(arrayblockingqueue,synchronousqueue),当队列满时,并且线程数小于maxmunpoolsize就是创建新的线程直至线程数大于maxnumpoolsize;如果当线程数量大于maxnumpoolsize时,在加入任务就会被线程池拒绝。

rejectedexecutionhandler拒绝策略java给实现了4个abortpolicy,callerrunspolicy,discardoldestpolicy,discardpolicy用户也可以自己实现该接口实现自己的拒绝策略;第一个就是直接抛出异常,我们可以进行trycatch处理;第二个就是该新任务直接运行;第三个是取消队列中最老的;第四个是取消当前任务。

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