线程池原理详解一

xiaoxiao2021-02-28  6

线程池的优点

1、线程是稀缺资源,使用线程池可以减少创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以重复使用。

2、可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线程的数量,防止因为消耗过多内存导致服务器崩溃。

线程池的创建

1 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, 2 int maximumPoolSize, 3 long keepAliveTime, 4 TimeUnit unit, 5 BlockingQueue<Runnable> workQueue, 6 RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize:线程池核心线程数量

maximumPoolSize:线程池最大线程数量

keepAliverTime:当活跃线程数大于核心线程数时,空闲的多余线程最大存活时间

unit:存活时间的单位

workQueue:存放任务的队列

handler:超出线程范围和队列容量的任务的处理程序

线程池的实现原理

提交一个任务到线程池中,线程池的处理流程如下:

1、判断线程池里的核心线程是否都在执行任务,如果不是(核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建)则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务,则进入下个流程。

2、线程池判断工作队列是否已满,如果工作队列没有满,则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了,则进入下个流程。

3、判断线程池里的线程是否都处于工作状态,如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了,则交给饱和策略来处理这个任务。

  

线程池的源码解读

1、ThreadPoolExecutor的execute()方法

1 public void execute(Runnable command) { 2 if (command == null) 3 throw new NullPointerException();       //如果线程数大于等于基本线程数或者线程创建失败,将任务加入队列 4 if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {          //线程池处于运行状态并且加入队列成功 5 if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) { 6 if (runState != RUNNING || poolSize == 0) 7 ensureQueuedTaskHandled(command); 8 }         //线程池不处于运行状态或者加入队列失败,则创建线程(创建的是非核心线程) 9 else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))           //创建线程失败,则采取阻塞处理的方式 10 reject(command); // is shutdown or saturated 11 } 12 }

2、创建线程的方法:addIfUnderCorePoolSize(command)

1 private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) { 2 Thread t = null; 3 final ReentrantLock mainLock = this.mainLock; 4 mainLock.lock(); 5 try { 6 if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING) 7 t = addThread(firstTask); 8 } finally { 9 mainLock.unlock(); 10 } 11 if (t == null) 12 return false; 13 t.start(); 14 return true; 15 }

我们重点来看第7行:

1 private Thread addThread(Runnable firstTask) { 2 Worker w = new Worker(firstTask); 3 Thread t = threadFactory.newThread(w); 4 if (t != null) { 5 w.thread = t; 6 workers.add(w); 7 int nt = ++poolSize; 8 if (nt > largestPoolSize) 9 largestPoolSize = nt; 10 } 11 return t; 12 }

这里将线程封装成工作线程worker,并放入工作线程组里,worker类的方法run方法:

public void run() { try { Runnable task = firstTask; firstTask = null; while (task != null || (task = getTask()) != null) { runTask(task); task = null; } } finally { workerDone(this); } }

worker在执行完任务后,还会通过getTask方法循环获取工作队里里的任务来执行。

我们通过一个程序来观察线程池的工作原理:

1、创建一个线程

1 public class ThreadPoolTest implements Runnable 2 { 3 @Override 4 public void run() 5 { 6 try 7 { 8 Thread.sleep(300); 9 } 10 catch (InterruptedException e) 11 { 12 e.printStackTrace(); 13 } 14 } 15 }

2、线程池循环运行16个线程:

1 public static void main(String[] args) 2 { 3 LinkedBlockingQueue<Runnable> queue = 4 new LinkedBlockingQueue<Runnable>(5); 5 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60, TimeUnit.SECONDS, queue); 6 for (int i = 0; i < 16 ; i++) 7 { 8 threadPool.execute( 9 new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + ""))); 10 System.out.println("线程池中活跃的线程数: " + threadPool.getPoolSize()); 11 if (queue.size() > 0) 12 { 13 System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size()); 14 } 15 } 16 threadPool.shutdown(); 17 }

执行结果:

线程池中活跃的线程数: 1 线程池中活跃的线程数: 2 线程池中活跃的线程数: 3 线程池中活跃的线程数: 4 线程池中活跃的线程数: 5 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数1 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数2 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数3 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数4 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数5 线程池中活跃的线程数: 6 ----------------队列中阻塞的线程数5 线程池中活跃的线程数: 7 ----------------队列中阻塞的线程数5 线程池中活跃的线程数: 8 ----------------队列中阻塞的线程数5 线程池中活跃的线程数: 9 ----------------队列中阻塞的线程数5 线程池中活跃的线程数: 10 ----------------队列中阻塞的线程数5 Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Thread[Thread15,5,main] rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@232204a1[Running, pool size = 10, active threads = 10, queued tasks = 5, completed tasks = 0] at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823) at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369) at test.ThreadTest.main(ThreadTest.java:17)

从结果可以观察出:

1、创建的线程池具体配置为:核心线程数量为5个;全部线程数量为10个;工作队列的长度为5。

2、我们通过queue.size()的方法来获取工作队列中的任务数。

3、运行原理:

      刚开始都是在创建新的线程,达到核心线程数量5个后,新的任务进来后不再创建新的线程,而是将任务加入工作队列,任务队列到达上线5个后,新的任务又会创建新的普通线程,直到达到线程池最大的线程数量10个,后面的任务则根据配置的饱和策略来处理。我们这里没有具体配置,使用的是默认的配置AbortPolicy:直接抛出异常。

  当然,为了达到我需要的效果,上述线程处理的任务都是利用休眠导致线程没有释放!!!

RejectedExecutionHandler:饱和策略

当队列和线程池都满了,说明线程池处于饱和状态,那么必须对新提交的任务采用一种特殊的策略来进行处理。这个策略默认配置是AbortPolicy,表示无法处理新的任务而抛出异常。JAVA提供了4中策略:

1、AbortPolicy:直接抛出异常

2、CallerRunsPolicy:只用调用所在的线程运行任务

3、DiscardOldestPolicy:丢弃队列里最近的一个任务,并执行当前任务。

4、DiscardPolicy:不处理,丢弃掉。

我们现在用第四种策略来处理上面的程序:

 

1 public static void main(String[] args) 2 { 3 LinkedBlockingQueue<Runnable> queue = 4 new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3); 5 RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy(); 6 7 ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler); 8 for (int i = 0; i < 9 ; i++) 9 { 10 threadPool.execute( 11 new Thread(new ThreadPoolTest(), "Thread".concat(i + ""))); 12 System.out.println("线程池中活跃的线程数: " + threadPool.getPoolSize()); 13 if (queue.size() > 0) 14 { 15 System.out.println("----------------队列中阻塞的线程数" + queue.size()); 16 } 17 } 18 threadPool.shutdown(); 19 }

 

执行结果:

线程池中活跃的线程数: 1 线程池中活跃的线程数: 2 线程池中活跃的线程数: 2 ----------------队列中阻塞的线程数1 线程池中活跃的线程数: 2 ----------------队列中阻塞的线程数2 线程池中活跃的线程数: 2 ----------------队列中阻塞的线程数3 线程池中活跃的线程数: 3 ----------------队列中阻塞的线程数3 线程池中活跃的线程数: 4 ----------------队列中阻塞的线程数3 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数3 线程池中活跃的线程数: 5 ----------------队列中阻塞的线程数3

这里采用了丢弃策略后,就没有再抛出异常,而是直接丢弃。在某些重要的场景下,可以采用记录日志或者存储到数据库中,而不应该直接丢弃。

设置策略有两种方式:

1、

RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy(); ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue,handler);

2、

ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, queue); threadPool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
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