史上最全的Java并发系列之Java中的线程池(上)

简介: 前言文本已收录至我的GitHub仓库,欢迎Star:github.com/bin39232820…种一棵树最好的时间是十年前,其次是现在

絮叨


不知道说啥,继续干,这本书快干完了

前言


Java中的线程池是运用场景最多的并发框架,几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。 在开发过程中,合理地使用线程池能够带来3个好处。

  • 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
  • 提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
  • 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制地创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统- 一分配、调优和监控。但是,要做到合理利用线程池,必须对其实现原理了如指掌。


线程池的实现原理

当向线程池提交一个任务之后,线程池是如何处理这个任务的呢? 本文来看一下线程池的主要处理流程,处理流程图下图所示。

从图中可以看出,当提交一个新任务到线程池时,线程池的处理流程如下。

  1. 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进入下个流程。
  2. 线程池判断工作队列是否已经满。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. 线程池判断线程池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。

ThreadPoolExecutor 执行 execute() 方法的示意图如下:


ThreadPoolExecutor执行execute方法分下面4种情况:

  • 如果当前运行的线程少于corePoolSize,则创建新线程来执行任务(注意,执行这一步骤需要获取全局锁)。上图1
  • 如果运行的线程等于或多于corePoolSize,则将任务加入BlockingQueue。上图2
  • 如果无法将任务加入BlockingQueue(队列已满),则创建新的线程来处理任务(注意,执行这一步骤需要获取全局锁)。上图3
  • 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize,任务将被拒绝,并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。上图4

ThreadPoolExecutor采取上述步骤的总体设计思路,是为了在执行execute()方法时,尽可能地避免获取全局锁(那将会是一个严重的可伸缩瓶颈)。在ThreadPoolExecutor完成预热之后(当前运行的线程数大于等于corePoolSize),几乎所有的execute()方法调用都是执行 上图2 ,而 上图2 不需要获取全局锁。


源码分析

上面的流程分析让我们很直观地了解了线程池的工作原理,让我们再通过源代码来看看是如何实现的,线程池执行任务的方法如下:

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        // 如果线程数小于基本线程数,则创建线程并执行当前任务
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 如线程数大于等于基本线程数或线程创建失败,则将当前任务放到工作队列中。
    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))
        // 如果线程池不处于运行中或任务无法放入队列,
        //并且当前线程数量小于最大允许的线程数量,则创建一个线程执行任务.
        // 抛出RejectedExecutionException异常
        reject(command);
}
复制代码


工作线程:线程池创建线程时,会将线程封装成工作线程Worker,Worker在执行完任务后,还会循环获取工作队列里的任务来执行。我们可以从Worker类的run()方法里看到这点

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


说明线程池中的线程都是运行状态

ThreadPoolExecutor中线程执行任务的示意图如下:


线程池中的线程执行任务分两种情况:

  • 在execute()方法中创建一个线程时,会让这个线程执行当前任务。
  • 这个线程执行完上图中1的任务后,会反复从BlockingQueue获取任务来执行。


线程池的源码(ThreadPoolExecutor)


我就讲讲Java的ThreadPoolExecutor吧,Spring的ThreadPoolTaskExecutor底层也是Java的ThreadPoolExecutor

继承结构

  • Executor接口只有一个方法execute,传入线程任务参数
  • ExecutorService接口继承Executor接口,并增加了submit、shutdown、invokeAll等等一系列方法。
  • AbstractExecutorService抽象类实现ExecutorService接口,并且提供了一些方法的默认实现,例如submit方法、invokeAny方法、invokeAll方法。 像execute方法、线程池的关闭方法(shutdown、shutdownNow等等)就没有提供默认的实现。
  • ThreadPoolExecutor 一个最下面的底层实现,我们具体就来看看它
相关文章
|
2天前
|
Java 程序员 开发者
Java社招面试题:一个线程运行时发生异常会怎样?
大家好,我是小米。今天分享一个经典的 Java 面试题:线程运行时发生异常,程序会怎样处理?此问题考察 Java 线程和异常处理机制的理解。线程发生异常,默认会导致线程终止,但可以通过 try-catch 捕获并处理,避免影响其他线程。未捕获的异常可通过 Thread.UncaughtExceptionHandler 处理。线程池中的异常会被自动处理,不影响任务执行。希望这篇文章能帮助你深入理解 Java 线程异常处理机制,为面试做好准备。如果你觉得有帮助,欢迎收藏、转发!
35 14
|
5天前
|
安全 Java 程序员
Java 面试必问!线程构造方法和静态块的执行线程到底是谁?
大家好,我是小米。今天聊聊Java多线程面试题:线程类的构造方法和静态块是由哪个线程调用的?构造方法由创建线程实例的主线程调用,静态块在类加载时由主线程调用。理解这些细节有助于掌握Java多线程机制。下期再见! 简介: 本文通过一个常见的Java多线程面试题,详细讲解了线程类的构造方法和静态块是由哪个线程调用的。构造方法由创建线程实例的主线程调用,静态块在类加载时由主线程调用。理解这些细节对掌握Java多线程编程至关重要。
34 13
|
6天前
|
安全 Java 开发者
【JAVA】封装多线程原理
Java 中的多线程封装旨在简化使用、提高安全性和增强可维护性。通过抽象和隐藏底层细节,提供简洁接口。常见封装方式包括基于 Runnable 和 Callable 接口的任务封装,以及线程池的封装。Runnable 适用于无返回值任务,Callable 支持有返回值任务。线程池(如 ExecutorService)则用于管理和复用线程,减少性能开销。示例代码展示了如何实现这些封装,使多线程编程更加高效和安全。
|
1月前
|
监控 Java
java异步判断线程池所有任务是否执行完
通过上述步骤,您可以在Java中实现异步判断线程池所有任务是否执行完毕。这种方法使用了 `CompletionService`来监控任务的完成情况,并通过一个独立线程异步检查所有任务的执行状态。这种设计不仅简洁高效,还能确保在大量任务处理时程序的稳定性和可维护性。希望本文能为您的开发工作提供实用的指导和帮助。
109 17
|
2月前
|
Java
Java—多线程实现生产消费者
本文介绍了多线程实现生产消费者模式的三个版本。Version1包含四个类:`Producer`(生产者)、`Consumer`(消费者)、`Resource`(公共资源)和`TestMain`(测试类)。通过`synchronized`和`wait/notify`机制控制线程同步,但存在多个生产者或消费者时可能出现多次生产和消费的问题。 Version2将`if`改为`while`,解决了多次生产和消费的问题,但仍可能因`notify()`随机唤醒线程而导致死锁。因此,引入了`notifyAll()`来唤醒所有等待线程,但这会带来性能问题。
Java—多线程实现生产消费者
|
1月前
|
缓存 安全 算法
Java 多线程 面试题
Java 多线程 相关基础面试题
|
6月前
|
安全 Java 调度
解锁Java并发编程高阶技能:深入剖析无锁CAS机制、揭秘魔法类Unsafe、精通原子包Atomic,打造高效并发应用
【8月更文挑战第4天】在Java并发编程中,无锁编程以高性能和低延迟应对高并发挑战。核心在于无锁CAS(Compare-And-Swap)机制,它基于硬件支持,确保原子性更新;Unsafe类提供底层内存操作,实现CAS;原子包java.util.concurrent.atomic封装了CAS操作,简化并发编程。通过`AtomicInteger`示例,展现了线程安全的自增操作,突显了这些技术在构建高效并发程序中的关键作用。
92 1
|
3月前
|
存储 安全 Java
Java多线程编程中的并发容器:深入解析与实战应用####
在本文中,我们将探讨Java多线程编程中的一个核心话题——并发容器。不同于传统单一线程环境下的数据结构,并发容器专为多线程场景设计,确保数据访问的线程安全性和高效性。我们将从基础概念出发,逐步深入到`java.util.concurrent`包下的核心并发容器实现,如`ConcurrentHashMap`、`CopyOnWriteArrayList`以及`BlockingQueue`等,通过实例代码演示其使用方法,并分析它们背后的设计原理与适用场景。无论你是Java并发编程的初学者还是希望深化理解的开发者,本文都将为你提供有价值的见解与实践指导。 --- ####
|
3月前
|
存储 设计模式 分布式计算
Java中的多线程编程:并发与并行的深度解析####
在当今软件开发领域,多线程编程已成为提升应用性能、响应速度及资源利用率的关键手段之一。本文将深入探讨Java平台上的多线程机制,从基础概念到高级应用,全面解析并发与并行编程的核心理念、实现方式及其在实际项目中的应用策略。不同于常规摘要的简洁概述,本文旨在通过详尽的技术剖析,为读者构建一个系统化的多线程知识框架,辅以生动实例,让抽象概念具体化,复杂问题简单化。 ####
|
5月前
|
Java API 容器
JAVA并发编程系列(10)Condition条件队列-并发协作者
本文通过一线大厂面试真题,模拟消费者-生产者的场景,通过简洁的代码演示,帮助读者快速理解并复用。文章还详细解释了Condition与Object.wait()、notify()的区别,并探讨了Condition的核心原理及其实现机制。

热门文章

最新文章