Java常用线程池原理及使用方法解析
作者：与李
一、简介
什么是线程池？
池的概念大家也许都有所听闻，池就是相当于一个容器，里面有许许多多的东西你可以即拿即用。java中有线程池、连接池等等。线程池就是在系统启动或者实例化池时创建一些空闲的线程，等待工作调度，执行完任务后，线程并不会立即被销毁，而是重新处于空闲状态，等待下一次调度。
线程池的工作机制？
在线程池的编程模式中，任务提交并不是直接提交给线程，而是提交给池。线程池在拿到任务之后，就会寻找有没有空闲的线程，有则分配给空闲线程执行，暂时没有则会进入等待队列，继续等待空闲线程。如果超出最大接受的工作数量，则会触发线程池的拒绝策略。
为什么使用线程池？
线程的创建与销毁需要消耗大量资源，重复的创建与销毁明显不必要。而且池的好处就是响应快，需要的时候自取，就不会存在等待创建的时间。线程池可以很好地管理系统内部的线程，如数量以及调度。
二、常用线程池介绍
Java类ExecutorService是线程池的父接口，并非顶层接口。以下四种常用线程池的类型都可以是ExecutorService。
单一线程池 Executors.newSingleThreadExecutor()
内部只有唯一一个线程进行工作调度，可以保证任务的执行顺序（FIFO,LIFO）
package com.test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class PoolTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建单一线程池
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("first");
list.add("second");
list.add("third");
list.forEach(o -> {
// 遍历集合提交任务
singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + o);
try {
// 间隔1s
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
});
}
}
执行结果：
pool-1-thread-1 : first
pool-1-thread-1 : second
pool-1-thread-1 : third
可缓存线程池 Executors.newCachedThreadPool()
如果线程池中有可使用的线程，则使用，如果没有，则在池中新建一个线程，可缓存线程池中线程数量最大为Integer.MAX_VALUE。通常用它来运行一些执行时间短，且经常用到的任务。
package com.test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class PoolTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建可缓存线程池
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("first");
list.add("second");
list.add("third");
list.forEach(o -> {
try {
// 间隔3s
Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 遍历集合提交任务
cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + o);
try {
// 间隔1s
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
});
}
}
执行结果：
pool-1-thread-1 : first
pool-1-thread-1 : second
pool-1-thread-1 : third
因为间隔时间长，下一个任务运行时，上一个任务已经完成，所以线程可以继续复用，如果间隔时间调短，那么部分线程将会使用新线程来运行。
把每个任务等待时间从3s调低至1s:
执行结果：
pool-1-thread-1 : first
pool-1-thread-2 : second
pool-1-thread-1 : third
定长线程池 Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)
创建一个固定线程数量的线程池，参数手动传入
package com.test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class PoolTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建可缓存线程池
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("first");
list.add("second");
list.add("third");
list.add("fourth");
list.forEach(o -> {
try {
// 间隔1s
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 遍历集合提交任务
fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + o);
try {
// 间隔1s
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
});
}
}
执行结果：
pool-1-thread-1 : first
pool-1-thread-2 : second
pool-1-thread-3 : third
pool-1-thread-1 : fourth
定时线程池 Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行
package com.test;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class PoolTest {
public static void main(String[] args) {
// 创建定长线程池、支持定时、延迟、周期性执行任务
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : 1秒后每隔3秒执行一次");
}
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
}
}
执行结果：
pool-1-thread-1 : 1秒后每隔3秒执行一次
pool-1-thread-1 : 1秒后每隔3秒执行一次
pool-1-thread-2 : 1秒后每隔3秒执行一次
pool-1-thread-2 : 1秒后每隔3秒执行一次
pool-1-thread-2 : 1秒后每隔3秒执行一次
pool-1-thread-2 : 1秒后每隔3秒执行一次
pool-1-thread-2 : 1秒后每隔3秒执行一次
三、自定义线程池
常用构造函数：
ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue)
参数说明：
1、corePoolSize 核心线程数大小，当线程数<corePoolSize ，会创建线程执行runnable
2、maximumPoolSize 最大线程数， 当线程数 >= corePoolSize的时候，会把runnable放入workQueue中
3、keepAliveTime 保持存活时间，当线程数大于corePoolSize的空闲线程能保持的最大时间。
4、unit 时间单位
5、workQueue 保存任务的阻塞队列
6、threadFactory 创建线程的工厂
7、handler 拒绝策略
任务执行顺序：
1、当线程数小于corePoolSize时，创建线程执行任务。
2、当线程数大于等于corePoolSize并且workQueue没有满时，放入workQueue中
3、线程数大于等于corePoolSize并且当workQueue满时，新任务新建线程运行，线程总数要小于maximumPoolSize
4、当线程总数等于maximumPoolSize并且workQueue满了的时候执行handler的rejectedExecution。也就是拒绝策略。
ThreadPoolExecutor默认有四个拒绝策略：
1、new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() 直接抛出异常RejectedExecutionException
2、new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() 直接调用run方法并且阻塞执行
3、new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() 直接丢弃后来的任务
4、new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() 丢弃在队列中队首的任务
缓冲队列BlockingQueue：
BlockingQueue是双缓冲队列。BlockingQueue内部使用两条队列，允许两个线程同时向队列一个存储，一个取出操作。在保证并发安全的同时，提高了队列的存取效率。
常用的几种BlockingQueue：
- ArrayBlockingQueue（int i）:规定大小的BlockingQueue，其构造必须指定大小。其所含的对象是FIFO顺序排序的。
- LinkedBlockingQueue（）或者（int i）:大小不固定的BlockingQueue，若其构造时指定大小，生成的BlockingQueue有大小限制，不指定大小，其大小有Integer.MAX_VALUE来决定。其所含的对象是FIFO顺序排序的。
- PriorityBlockingQueue（）或者（int i）:类似于LinkedBlockingQueue，但是其所含对象的排序不是FIFO，而是依据对象的自然顺序或者构造函数的Comparator决定。
- SynchronizedQueue（）:特殊的BlockingQueue，对其的操作必须是放和取交替完成。
package com.test;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class PoolTest {
public static void main(String[] args) {
// 工作队列
LinkedBlockingDeque<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingDeque<Runnable>();
// 拒绝策略
RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy();
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(2, 10, 20, TimeUnit.MILLISECONDS, workQueue, handler);
threadPoolExecutor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("自定义线程池");
}
});
}
}
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