java中有哪些常見的線程池

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)java中有哪些常見的線程池，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后對(duì)相關(guān)知識(shí)有一定的了解。

首先我們列出Java 中的六種線程池如下

在了解集中線程池時(shí)我們先來熟悉一下主要幾個(gè)類的關(guān)系， ThreadPoolExecutor 的類圖，以及 Executors 的主要方法：

上面看到的類圖，方便幫助下面的理解和查看，我們可以看到一個(gè)核心類 ExecutorService , 這是我們線程池都實(shí)現(xiàn)的基類，我們接下來說的都是它的實(shí)現(xiàn)類。

FixedThreadPool

FixedThreadPool 線程池的特點(diǎn)是它的核心線程數(shù)和最大線程數(shù)一樣，我們可以看它的實(shí)現(xiàn)代碼在 Executors#newFixedThreadPool(int) 中，如下：

 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
 return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
 }

我們可以看到方法內(nèi)創(chuàng)建線程調(diào)用的實(shí)際是 ThreadPoolExecutor 類，這是線程池的核心執(zhí)行器，傳入的 nThread 參數(shù)作為核心線程數(shù)和最大線程數(shù)傳入，隊(duì)列采用了一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)的有界隊(duì)列。

• 這種線程池我們可以看作是固定線程數(shù)的線程池，它只有在開始初始化的時(shí)候線程數(shù)會(huì)從0開始創(chuàng)建，但是創(chuàng)建好后就不再銷毀，而是全部作為常駐線程池，這里如果對(duì)線程池參數(shù)不理解的可以看之前文章 《解釋線程池各個(gè)參數(shù)的含義》。
• 對(duì)于這種線程池他的第三個(gè)和第四個(gè)參數(shù)是沒意義，它們是空閑線程存活時(shí)間，這里都是常駐不存在銷毀，當(dāng)線程處理不了時(shí)會(huì)加入到阻塞隊(duì)列，這是一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)的有界阻塞隊(duì)列，最大長(zhǎng)度是Integer. MAX_VALUE

SingleThreadExecutor

SingleThreadExecutor 線程的特點(diǎn)是它的核心線程數(shù)和最大線程數(shù)均為1，我們也可以將其任務(wù)是一個(gè)單例線程池，它的實(shí)現(xiàn)代碼是 Executors#newSingleThreadExcutor() , 如下：

 public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
 return new FinalizableDelegatedExecutorService
 (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
   0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
   new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
 }

 public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
 return new FinalizableDelegatedExecutorService
 (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
   0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
   new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
   threadFactory));
 }

• 上述代碼中我們發(fā)現(xiàn)它有一個(gè)重載函數(shù)，傳入了一個(gè)ThreadFactory 的參數(shù)，一般在我們開發(fā)中會(huì)傳入我們自定義的線程創(chuàng)建工廠，如果不傳入則會(huì)調(diào)用默認(rèn)的線程工廠
• 我們可以看到它與 FixedThreadPool 線程池的區(qū)別僅僅是核心線程數(shù)和最大線程數(shù)改為了1，也就是說不管任務(wù)多少，它只會(huì)有唯一的一個(gè)線程去執(zhí)行
• 如果在執(zhí)行過程中發(fā)生異常等導(dǎo)致線程銷毀，線程池也會(huì)重新創(chuàng)建一個(gè)線程來執(zhí)行后續(xù)的任務(wù)
• 這種線程池非常適合所有任務(wù)都需要按被提交的順序來執(zhí)行的場(chǎng)景，是個(gè)單線程的串行。

CachedThreadPool

cachedThreadPool 線程池的特點(diǎn)是它的常駐核心線程數(shù)為0，正如其名字一樣，它所有的縣城都是臨時(shí)的創(chuàng)建，關(guān)于它的實(shí)現(xiàn)在 Executors#newCachedThreadPool() 中，代碼如下：

 public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
 return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
   60L, TimeUnit.SECONDS,
   new SynchronousQueue<Runnable>());
 }

 public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
 return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
   60L, TimeUnit.SECONDS,
   new SynchronousQueue<Runnable>(),
   threadFactory);
 }

• 從上述代碼中我們可以看到 CachedThreadPool 線程池中，最大線程數(shù)為 Integer.MAX_VALUE , 意味著他的線程數(shù)幾乎可以無限增加。
• 因?yàn)閯?chuàng)建的線程都是臨時(shí)線程，所以他們都會(huì)被銷毀，這里空閑 線程銷毀時(shí)間是60秒，也就是說當(dāng)線程在60秒內(nèi)沒有任務(wù)執(zhí)行則銷毀
• 這里我們需要注意點(diǎn)，它使用了 SynchronousQueue 的一個(gè)阻塞隊(duì)列來存儲(chǔ)任務(wù)，這個(gè)隊(duì)列是無法存儲(chǔ)的，因?yàn)樗娜萘繛?，它只負(fù)責(zé)對(duì)任務(wù)的傳遞和中轉(zhuǎn)，效率會(huì)更高，因?yàn)楹诵木€程都為0，這個(gè)隊(duì)列如果存儲(chǔ)任務(wù)不存在意義。

ScheduledThreadPool

ScheduledThreadPool 線程池是支持定時(shí)或者周期性執(zhí)行任務(wù)，他的創(chuàng)建代碼 Executors.newSchedsuledThreadPool(int) 中，如下所示：

 public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
 return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
 }

 public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(
 int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {
 return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);
 }

我們發(fā)現(xiàn)這里調(diào)用了 ScheduledThreadPoolExecutor 這個(gè)類的構(gòu)造函數(shù)，進(jìn)一步查看發(fā)現(xiàn) ScheduledThreadPoolExecutor 類是一個(gè)繼承了 ThreadPoolExecutor 的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 ScheduledExecutorService 接口，我們看到它的幾個(gè)構(gòu)造函數(shù)都是調(diào)用父類 ThreadPoolExecutor 的構(gòu)造函數(shù)

 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
 super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
 new DelayedWorkQueue());
 }

 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
   ThreadFactory threadFactory) {
 super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
 new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
 }

 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
   RejectedExecutionHandler handler) {
 super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
 new DelayedWorkQueue(), handler);
 }

 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
   ThreadFactory threadFactory,
   RejectedExecutionHandler handler) {
 super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
 new DelayedWorkQueue(), threadFactory, handler);
 }

從上面代碼我們可以看到和其他線程池創(chuàng)建并沒有差異，只是這里的任務(wù)隊(duì)列是 DelayedWorkQueue 關(guān)于阻塞丟列我們下篇文章專門說，這里我們先創(chuàng)建一個(gè)周期性的線程池來看一下

 public static void main(String[] args) {
 ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5);
 // 1. 延遲一定時(shí)間執(zhí)行一次
 service.schedule(() ->{
 System.out.println("schedule ==> 云棲簡(jiǎn)碼-i-code.online");
 },2, TimeUnit.SECONDS);

 // 2. 按照固定頻率周期執(zhí)行
 service.scheduleAtFixedRate(() ->{
 System.out.println("scheduleAtFixedRate ==> 云棲簡(jiǎn)碼-i-code.online");
 },2,3,TimeUnit.SECONDS);

 //3. 按照固定頻率周期執(zhí)行
 service.scheduleWithFixedDelay(() -> {
 System.out.println("scheduleWithFixedDelay ==> 云棲簡(jiǎn)碼-i-code.online");
 },2,5,TimeUnit.SECONDS);

 }

上面代碼是我們簡(jiǎn)單創(chuàng)建了 newScheduledThreadPool ，同時(shí)演示了里面的三個(gè)核心方法，首先看執(zhí)行的結(jié)果：

首先我們看第一個(gè)方法 schedule , 它有三個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)是線程任務(wù)，第二個(gè) delay 表示任務(wù)執(zhí)行延遲時(shí)長(zhǎng)，第三個(gè) unit 表示延遲時(shí)間的單位，如上面代碼所示就是延遲兩秒后執(zhí)行任務(wù)

 public ScheduledFuture<&#63;> schedule(Runnable command,
   long delay, TimeUnit unit);

第二個(gè)方法是 scheduleAtFixedRate 如下, 它有四個(gè)參數(shù)， command 參數(shù)表示執(zhí)行的線程任務(wù) ， initialDelay 參數(shù)表示第一次執(zhí)行的延遲時(shí)間， period 參數(shù)表示第一次執(zhí)行之后按照多久一次的頻率來執(zhí)行，最后一個(gè)參數(shù)是時(shí)間單位。如上面案例代碼所示，表示兩秒后執(zhí)行第一次，之后按每隔三秒執(zhí)行一次

 public ScheduledFuture<&#63;> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
    long initialDelay,
    long period,
    TimeUnit unit);

第三個(gè)方法是 scheduleWithFixedDelay 如下，它與上面方法是非常類似的，也是周期性定時(shí)執(zhí)行, 參數(shù)含義和上面方法一致。這個(gè)方法和 scheduleAtFixedRate 的區(qū)別主要在于時(shí)間的起點(diǎn)計(jì)時(shí)不同

 public ScheduledFuture<&#63;> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
    long initialDelay,
    long delay,
    TimeUnit unit);

scheduleAtFixedRate 是以任務(wù)開始的時(shí)間為時(shí)間起點(diǎn)來計(jì)時(shí)，時(shí)間到就執(zhí)行第二次任務(wù)，與任務(wù)執(zhí)行所花費(fèi)的時(shí)間無關(guān)；而 scheduleWithFixedDelay 是以任務(wù)執(zhí)行結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)作為計(jì)時(shí)的開始。如下所示

SingleThreadScheduledExecutor 它實(shí)際和 ScheduledThreadPool 線程池非常相似，它只是 ScheduledThreadPool 的一個(gè)特例，內(nèi)部只有一個(gè)線程，它只是將 ScheduledThreadPool 的核心線程數(shù)設(shè)置為了 1。如源碼所示：

 public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
 return new DelegatedScheduledExecutorService
 (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
 }

上面我們介紹了五種常見的線程池，對(duì)于這些線程池我們可以從核心線程數(shù)、最大線程數(shù)、存活時(shí)間三個(gè)維度進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比，有利于我們加深對(duì)這幾種線程池的記憶。 

ForkJoinPool ForkJoinPool 這是一個(gè)在 JDK7 引入的新新線程池，它的主要特點(diǎn)是可以充分利用多核 CPU , 可以把一個(gè)任務(wù)拆分為多個(gè)子任務(wù)，這些子任務(wù)放在不同的處理器上并行執(zhí)行，當(dāng)這些子任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后再把這些結(jié)果合并起來，這是一種分治思想。 ForkJoinPool 也正如它的名字一樣，第一步進(jìn)行 Fork 拆分，第二步進(jìn)行 Join 合并，我們先來看一下它的類圖結(jié)構(gòu)

ForkJoinPool 的使用也是通過調(diào)用 submit(ForkJoinTask<T> task) 或 invoke(ForkJoinTask<T> task) 方法來執(zhí)行指定任務(wù)了。其中任務(wù)的類型是 ForkJoinTask 類，它代表的是一個(gè)可以合并的子任務(wù)，他本身是一個(gè)抽象類，同時(shí)還有兩個(gè)常用的抽象子類 RecursiveAction 和 RecursiveTask ，其中 RecursiveTask 表示的是有返回值類型的任務(wù)，而 RecursiveAction 則表示無返回值的任務(wù)。下面是它們的類圖：

下面我們通過一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼先來看一下如何使用 ForkJoinPool 線程池

/**
 * @url: i-code.online
 * @author: AnonyStar
 * @time: 2020/11/2 10:01
 */
public class ForkJoinApp1 {

 /**
 目標(biāo)： 打印0-200以內(nèi)的數(shù)字，進(jìn)行分段每個(gè)間隔為10以上，測(cè)試forkjoin
 */
 public static void main(String[] args) {
 // 創(chuàng)建線程池，
 ForkJoinPool joinPool = new ForkJoinPool();
 // 創(chuàng)建根任務(wù)
 SubTask subTask = new SubTask(0,200);
 // 提交任務(wù)
 joinPool.submit(subTask);
 //讓線程阻塞等待所有任務(wù)完成 在進(jìn)行關(guān)閉
 try {
 joinPool.awaitTermination(2, TimeUnit.SECONDS);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 joinPool.shutdown();
 }
}

class SubTask extends RecursiveAction {

 int startNum;
 int endNum;

 public SubTask(int startNum,int endNum){
 super();
 this.startNum = startNum;
 this.endNum = endNum;
 }

 @Override
 protected void compute() {

 if (endNum - startNum < 10){
 // 如果分裂的兩者差值小于10 則不再繼續(xù)，直接打印
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": [startNum:"+startNum+",endNum:"+endNum+"]");
 }else {
 // 取中間值
 int middle = (startNum + endNum) / 2;
 //創(chuàng)建兩個(gè)子任務(wù)，以遞歸思想，
 SubTask subTask = new SubTask(startNum,middle);
 SubTask subTask1 = new SubTask(middle,endNum);
 //執(zhí)行任務(wù)， fork() 表示異步的開始執(zhí)行
 subTask.fork();
 subTask1.fork();
 }
 }
}

結(jié)果：

從上面的案例我們可以看到我們，創(chuàng)建了很多個(gè)線程執(zhí)行，因?yàn)槲覝y(cè)試的電腦是12線程的，所以這里實(shí)際是創(chuàng)建了12個(gè)線程，也側(cè)面說明了充分調(diào)用了每個(gè)處理的線程處理能力 上面案例其實(shí)我們發(fā)現(xiàn)很熟悉的味道，那就是以前接觸過的遞歸思想，將上面的案例圖像化如下，更直觀的看到，

上面的例子是無返回值的案例，下面我們來看一個(gè)典型的有返回值的案例，相信大家都聽過及很熟悉斐波那契數(shù)列，這個(gè)數(shù)列有個(gè)特點(diǎn)就是最后一項(xiàng)的結(jié)果等于前兩項(xiàng)的和，如： 0，1，1，2，3，5...f(n-2)+f(n-1) , 即第0項(xiàng)為0 ，第一項(xiàng)為1，則第二項(xiàng)為 0+1=1 ，以此類推。我們最初的解決方法就是使用遞歸來解決，如下計(jì)算第n項(xiàng)的數(shù)值：

 private int num(int num){
 if (num <= 1){
 return num;
 }
 num = num(num-1) + num(num -2);
 return num;
 }

從上面簡(jiǎn)單代碼中可以看到，當(dāng) n<=1 時(shí)返回 n , 如果 n>1 則計(jì)算前一項(xiàng)的值 f1 ，在計(jì)算前兩項(xiàng)的值 f2 , 再將兩者相加得到結(jié)果，這就是典型的遞歸問題，也是對(duì)應(yīng)我們的 ForkJoin 的工作模式，如下所示，根節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生子任務(wù)，子任務(wù)再次衍生出子子任務(wù)，到最后在進(jìn)行整合匯聚，得到結(jié)果。

我們通過 ForkJoinPool 來實(shí)現(xiàn)斐波那契數(shù)列的計(jì)算，如下展示：

/**
 * @url: i-code.online
 * @author: AnonyStar
 * @time: 2020/11/2 10:01
 */
public class ForkJoinApp3 {

 public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
 ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
 //計(jì)算第二是項(xiàng)的數(shù)值
 final ForkJoinTask<Integer> submit = pool.submit(new Fibonacci(20));
 // 獲取結(jié)果，這里獲取的就是異步任務(wù)的最終結(jié)果
 System.out.println(submit.get());

 }
}

class Fibonacci extends RecursiveTask<Integer>{

 int num;
 public Fibonacci(int num){
 this.num = num;
 }

 @Override
 protected Integer compute() {
 if (num <= 1) return num;
 //創(chuàng)建子任務(wù)
 Fibonacci subTask1 = new Fibonacci(num - 1);
 Fibonacci subTask2 = new Fibonacci(num - 2);
 // 執(zhí)行子任務(wù)
 subTask1.fork();
 subTask2.fork();
 //獲取前兩項(xiàng)的結(jié)果來計(jì)算和
 return subTask1.join()+subTask2.join();
 }
}

通過 ForkJoinPool 可以極大的發(fā)揮多核處理器的優(yōu)勢(shì)，尤其非常適合用于遞歸的場(chǎng)景，例如樹的遍歷、最優(yōu)路徑搜索等場(chǎng)景。 上面說的是 ForkJoinPool 的使用上的，下面我們來說一下其內(nèi)部的構(gòu)造，對(duì)于我們前面說的幾種線程池來說，它們都是里面只有一個(gè)隊(duì)列，所有的線程共享一個(gè)。但是在 ForkJoinPool 中，其內(nèi)部有一個(gè)共享的任務(wù)隊(duì)列，除此之外每個(gè)線程都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的雙端隊(duì)列 Deque , 當(dāng)一個(gè)線程中任務(wù)被 Fork 分裂了，那么分裂出來的子任務(wù)就會(huì)放入到對(duì)應(yīng)的線程自己的 Deque 中，而不是放入公共隊(duì)列。這樣對(duì)于每個(gè)線程來說成本會(huì)降低很多，可以直接從自己線程的隊(duì)列中獲取任務(wù)而不需要去公共隊(duì)列中爭(zhēng)奪，有效的減少了線程間的資源競(jìng)爭(zhēng)和切換。

有一種情況，當(dāng)線程有多個(gè)如 t1,t2,t3... ，在某一段時(shí)間線程 t1 的任務(wù)特別繁重，分裂了數(shù)十個(gè)子任務(wù)，但是線程 t0 此時(shí)卻無事可做，它自己的 deque 隊(duì)列為空，這時(shí)為了提高效率， t0 就會(huì)想辦法幫助 t1 執(zhí)行任務(wù)，這就是“ work-stealing ”的含義。 雙端隊(duì)列 deque 中，線程 t1 獲取任務(wù)的邏輯是后進(jìn)先出，也就是 LIFO（Last In Frist Out） ，而線程 t0 在“ steal ”偷線程 t1 的 deque 中的任務(wù)的邏輯是先進(jìn)先出，也就是 FIFO（Fast In Frist Out） ，如圖所示，圖中很好的描述了兩個(gè)線程使用雙端隊(duì)列分別獲取任務(wù)的情景。你可以看到，使用 “ work-stealing ” 算法和雙端隊(duì)列很好地平衡了各線程的負(fù)載。

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