老程序员分享:Java并发编程:线程池的使用

简介: 老程序员分享:Java并发编程:线程池的使用

Java并发编程:线程池的使用


  在前面的文章中,我们使用线程的时候就去创建一个线程,这样实现起来非常简便,但是就会有一个问题:


  如果并发的线程数量很多,并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了,这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率,因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。


  那么有没有一种办法使得线程可以复用,就是执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务?


  在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。今天我们就来详细讲解一下Java的线程池,首先我们从最核心的ThreadPoolExecutor类中的方法讲起,然后再讲述它的实现原理,接着给出了它的使用示例,最后讨论了一下如何合理配置线程池的大小。


  以下是本文的目录大纲:


  一.Java中的ThreadPoolExecutor类


  二.深入剖析线程池实现原理


  三.使用示例


  四.如何合理配置线程池的大小 


  若有不正之处请多多谅解,并欢迎批评指正。


  请尊重作者劳动成果,转载请标明原文链接:


一.Java中的ThreadPoolExecutor类


  java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类,因此如果要透彻地了解Java中的线程池,必须先了解这个类。下面我们来看一下ThreadPoolExecutor类的具体实现源码。


  在ThreadPoolExecutor类中提供了四个构造方法:


?123456789101112131415public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService { ..... public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue); public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue,ThreadFactory threadFactory); public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue,RejectedExecutionHandler handler); public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler); ...}


  从上面的代码可以得知,ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类,并提供了四个构造器,事实上,通过观察每个构造器的源码具体实现,发现前面三个构造器都是调用的第四个构造器进行的初始化工作。


  下面解释下一下构造器中各个参数的含义:


corePoolSize:核心池的大小,这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后,默认情况下,线程池中并没有任何线程,而是等待有任务到来才创建线程去执行任务,除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法,从这2个方法的名字就可以看出,是预创建线程的意思,即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下,在创建了线程池后,线程池中的线程数为0,当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中;


maximumPoolSize:线程池最大线程数,这个参数也是一个非常重要的参数,它表示在线程池中最多能创建多少个线程;


keepAliveTime:表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下,只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime才会起作用,直到线程池中的线程数不大于corePoolSize,即当线程池中的线程数大于corePoolSize时,如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime,则会终止,直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法,在线程池中的线程数不大于corePoolSize时,keepAliveTime参数也会起作用,直到线程池中的线程数为0;


unit:参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性:


TimeUnit.DAYS; //天


TimeUnit.HOURS; //小时


TimeUnit.MINUTES; //分钟


TimeUnit.SECONDS; //秒


TimeUnit.MILLISECONDS; //毫秒


TimeUnit.MICROSECONDS; //微妙


TimeUnit.NANOSECONDS; //纳秒


workQueue:一个阻塞队列,用来存储等待执行的任务,这个参数的选择也很重要,会对线程池的运行过程产生重大影响,一般来说,这里的阻塞队列有以下几种选择:


ArrayBlockingQueue;


LinkedBlockingQueue;


SynchronousQueue;


  ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue使用较少,一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。


threadFactory:线程工厂,主要用来创建线程;


handler:表示当拒绝处理任务时的策略,有以下四种取值:


ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。


ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:也是丢弃任务,但是不抛出异常。


ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:丢弃队列最前面的任务,然后重新尝试执行任务(重复此过程)


ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务


  具体参数的配置与线程池的关系将在下一节讲述。


  从上面给出的ThreadPoolExecutor类的代码可以知道,ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService,我们来看一下AbstractExecutorService的实现:


?123456789101112131415161718192021222324252627public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService { protected RunnableFuture newTaskFor(Runnable runnable, T value) { }; protected RunnableFuture newTaskFor(Callable callable) { }; public Future submit(Runnable task) {}; public Future submit(Runnable task, T result) { }; public Future submit(Callable task) { }; private T doInvokeAny(Collection<? extends Callable

  AbstractExecutorService是一个抽象类,它实现了ExecutorService接口。


  我们接着看ExecutorService接口的实现:


?12345678910111213141516171819202122public interface ExecutorService extends Executor { void shutdown(); boolean isShutdown(); boolean isTerminated(); boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException; Future submit(Callable task); Future submit(Runnable task, T result); Future submit(Runnable task); List

  而ExecutorService又是继承了Executor接口,我们看一下Executor接口的实现:


?123public interface Executor { void execute(Runnable command);}


  到这里,大家应该明白了ThreadPoolExecutor、AbstractExecutorService、ExecutorService和Executor几个之间的关系了。


  Executor是一个顶层接口,在它里面只声明了一个方法execute(Runnable),返回值为void,参数为Runnable类型,从字面意思可以理解,就是用来执行传进去的任务的;


  然后ExecutorService接口继承了Executor接口,并声明了一些方法:submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等;


  抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口,基本实现了ExecutorService中声明的所有方法;


  然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。


  在ThreadPoolExecutor类中有几个非常重要的方法:


?1234execute()submit()shutdown()shutdownNow()


  execute()方法实际上是Executor中声明的方法,在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现,这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法,通过这个方法可以向线程池提交一个任务,交由线程池去执行。


  submit()方法是在ExecutorService中声明的方法,在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现,在//代码效果参考:http://www.jhylw.com.cn/215241541.html

ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写,这个方法也是用来向线程池提交任务的,但是它和execute()方法不同,它能够返回任务执行的结果,去看submit()方法的实现,会发现它实际上还是调用的execute()方法,只不过它利用了Future来获取任务执行结果(Future相关内容将在下一篇讲述)。

  shutdown()和shutdownNow()是用来关闭线程池的。


  还有很多其他的方法:


  比如:getQueue() 、getPoolSize() 、getActiveCount()、getCompletedTaskCount()等获取与线程池相关属性的方法,有兴趣的朋友可以自行查阅API。


二.深入剖析线程池实现原理


  在上一节我们从宏观上介绍了ThreadPoolExecutor,下面我们来深入解析一下线程池的具体实现原理,将从下面几个方面讲解:


  1.线程池状态


  2.任务的执行


  3.线程池中的线程初始化


  4.任务缓存队列及排队策略


  5.任务拒绝策略


  6.线程池的关闭


  7.线程池容量的动态调整


1.线程池状态


  在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量,另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态:


?12345volatile int runState;static final int RUNNING = 0;static final int SHUTDOWN = 1;static final int STOP = 2;static final int TERMINATED = 3;


  runState表示当前线程池的状态,它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性;


  下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。


  当创建线程池后,初始时,线程池处于RUNNING状态;


  如果调用了shutdown()方法,则线程池处于SHUTDOWN状态,此时线程池不能够接受新的任务,它会等待所有任务执行完毕;


  如果调用了shutdownNow()方法,则线程池处于STOP状态,此时线程池不能接受新的任务,并且会去尝试终止正在执行的任务;


  当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态,并且所有工作线程已经销毁,任务缓存队列已经清空或执行结束后,线程池被设置为TERMINATED状态。


2.任务的执行


  在了解将任务提交给线程池到任务执行完毕整个过程之前,我们先来看一下ThreadPoolExecutor类中其他的一些比较重要成员变量:


?12345678910111213141516171819private final BlockingQueue workQueue; //任务缓存队列,用来存放等待执行的任务private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock(); //线程池的主要状态锁,对线程池状态(比如线程池大小 //、runState等)的改变都要使用这个锁private final HashSet workers = new HashSet(); //用来存放工作集 private volatile long keepAliveTime;

相关文章
|
6天前
|
安全 Java 开发者
深入解读JAVA多线程:wait()、notify()、notifyAll()的奥秘
在Java多线程编程中,`wait()`、`notify()`和`notifyAll()`方法是实现线程间通信和同步的关键机制。这些方法定义在`java.lang.Object`类中,每个Java对象都可以作为线程间通信的媒介。本文将详细解析这三个方法的使用方法和最佳实践,帮助开发者更高效地进行多线程编程。 示例代码展示了如何在同步方法中使用这些方法,确保线程安全和高效的通信。
25 9
|
5天前
|
SQL 存储 Java
面向 Java 程序员的 SQLite 替代品
SQLite 是轻量级数据库,适用于小微型应用,但其对外部数据源支持较弱、无存储过程等问题影响了开发效率。esProc SPL 是一个纯 Java 开发的免费开源工具,支持标准 JDBC 接口,提供丰富的数据源访问、强大的流程控制和高效的数据处理能力,尤其适合 Java 和安卓开发。SPL 代码简洁易懂,支持热切换,可大幅提高开发效率。
|
6天前
|
监控 安全 Java
Java中的多线程编程:从入门到实践####
本文将深入浅出地探讨Java多线程编程的核心概念、应用场景及实践技巧。不同于传统的摘要形式,本文将以一个简短的代码示例作为开篇,直接展示多线程的魅力,随后再详细解析其背后的原理与实现方式,旨在帮助读者快速理解并掌握Java多线程编程的基本技能。 ```java // 简单的多线程示例:创建两个线程,分别打印不同的消息 public class SimpleMultithreading { public static void main(String[] args) { Thread thread1 = new Thread(() -> System.out.prin
|
8天前
|
安全 Java
Java多线程集合类
本文介绍了Java中线程安全的问题及解决方案。通过示例代码展示了使用`CopyOnWriteArrayList`、`CopyOnWriteArraySet`和`ConcurrentHashMap`来解决多线程环境下集合操作的线程安全问题。这些类通过不同的机制确保了线程安全,提高了并发性能。
|
9天前
|
Java
java小知识—进程和线程
进程 进程是程序的一次执行过程,是系统运行的基本单位,因此进程是动态的。系统运行一个程序即是一个进程从创建,运行到消亡的过程。简单来说,一个进程就是一个执行中的程序,它在计算机中一个指令接着一个指令地执行着,同时,每个进程还占有某些系统资源如CPU时间,内存空间,文件,文件,输入输出设备的使用权等等。换句话说,当程序在执行时,将会被操作系统载入内存中。 线程 线程,与进程相似,但线程是一个比进程更小的执行单位。一个进程在其执行的过程中产生多个线程。与进程不同的是同类的多个线程共享同一块内存空间和一组系统资源,所以系统在产生一个线程,或是在各个线程之间做切换工作时,负担要比
20 1
|
6月前
|
Java 调度
Java并发编程:深入理解线程池的原理与实践
【4月更文挑战第6天】本文将深入探讨Java并发编程中的重要概念——线程池。我们将从线程池的基本原理入手,逐步解析其工作过程,以及如何在实际开发中合理使用线程池以提高程序性能。同时,我们还将关注线程池的一些高级特性,如自定义线程工厂、拒绝策略等,以帮助读者更好地掌握线程池的使用技巧。
|
3月前
|
安全 Java 数据库
一天十道Java面试题----第四天(线程池复用的原理------>spring事务的实现方式原理以及隔离级别)
这篇文章是关于Java面试题的笔记,涵盖了线程池复用原理、Spring框架基础、AOP和IOC概念、Bean生命周期和作用域、单例Bean的线程安全性、Spring中使用的设计模式、以及Spring事务的实现方式和隔离级别等知识点。
|
2月前
|
存储 缓存 Java
JAVA并发编程系列(11)线程池底层原理架构剖析
本文详细解析了Java线程池的核心参数及其意义,包括核心线程数量(corePoolSize)、最大线程数量(maximumPoolSize)、线程空闲时间(keepAliveTime)、任务存储队列(workQueue)、线程工厂(threadFactory)及拒绝策略(handler)。此外,还介绍了四种常见的线程池:可缓存线程池(newCachedThreadPool)、定时调度线程池(newScheduledThreadPool)、单线程池(newSingleThreadExecutor)及固定长度线程池(newFixedThreadPool)。
|
4月前
|
监控 Java 开发者
深入理解Java并发编程:线程池的原理与实践
【5月更文挑战第85天】 在现代Java应用开发中,高效地处理并发任务是提升性能和响应能力的关键。线程池作为一种管理线程的机制,其合理使用能够显著减少资源消耗并优化系统吞吐量。本文将详细探讨线程池的核心原理,包括其内部工作机制、优势以及如何在Java中正确实现和使用线程池。通过理论分析和实例演示,我们将揭示线程池对提升Java应用性能的重要性,并给出实践中的最佳策略。
|
4月前
|
设计模式 存储 安全
Java面试题:设计一个线程安全的单例类并解释其内存占用情况?使用Java多线程工具类实现一个高效的线程池,并解释其背后的原理。结合观察者模式与Java并发框架,设计一个可扩展的事件处理系统
Java面试题:设计一个线程安全的单例类并解释其内存占用情况?使用Java多线程工具类实现一个高效的线程池,并解释其背后的原理。结合观察者模式与Java并发框架,设计一个可扩展的事件处理系统
62 1