線程池的原理和作用是什么

這篇文章主要講解了“線程池的原理和作用是什么”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“線程池的原理和作用是什么”吧！

一、為什么需要線程池

在實(shí)際使用中，線程是很占用系統(tǒng)資源的，如果對線程管理不完善的話很容易導(dǎo)致系統(tǒng)問題。因此，在大多數(shù)并發(fā)框架中都會使用線程池來管理線程，使用線程池管理線程主要有如下好處：

• 1、使用線程池可以重復(fù)利用已有的線程繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，避免線程在創(chuàng)建和銷毀時造成的消耗

• 2、由于沒有線程創(chuàng)建和銷毀時的消耗，可以提高系統(tǒng)響應(yīng)速度

• 3、通過線程可以對線程進(jìn)行合理的管理，根據(jù)系統(tǒng)的承受能力調(diào)整可運(yùn)行線程數(shù)量的大小等

二、工作原理

流程圖：

線程池執(zhí)行所提交的任務(wù)過程：

• 1、比如我們設(shè)置核心線程池的數(shù)量為30個，不管有沒有用戶連接，我們總是保證30個連接，這個就是核心線程數(shù)，這里的核心線程數(shù)不一定是30你可以根據(jù)你的需求、業(yè)務(wù)和并發(fā)訪問量來設(shè)置，先判斷線程池中核心線程池所有的線程是否都在執(zhí)行任務(wù)，如果不是，則新創(chuàng)建一個線程執(zhí)行剛提交的任務(wù)，否則，核心線程池中所有的線程都在執(zhí)行任務(wù)，則進(jìn)入第2步;

• 2、如果我們核心線程數(shù)的30個數(shù)量已經(jīng)滿了，就需要到阻塞隊(duì)列中去查看，判斷當(dāng)前阻塞隊(duì)列是否已滿，如果未滿，則將提交的任務(wù)放置在阻塞隊(duì)列中等待執(zhí)行;否則，則進(jìn)入第3步;

• 3、判斷線程池中所有的線程是否都在執(zhí)行任務(wù)，如果沒有，則創(chuàng)建一個新的線程來執(zhí)行任務(wù)，否則，則交給飽和策略進(jìn)行處理，也叫拒絕策略，等下我們會有詳細(xì)的介紹

注意：  這里有一個核心線程數(shù)和一個線程池?cái)?shù)量，這兩個是不同的概念，核心線程數(shù)代表我能夠維護(hù)常用的線程開銷，而線程池?cái)?shù)量則代表我最大能夠創(chuàng)建的線程數(shù)，例如在我們農(nóng)村每家每戶都有吃水的井，基本上有半井深的水就可以維持我們的日常生活的使用，這里的半井深的水就好比我們的核心線程數(shù)，還有一半的容量是我們井能夠容納的最大水資源了，超過了就不行，水就會漫出來，這個就類似于我們的線程池的數(shù)量，不知道這里說明大家是否能夠更好的進(jìn)行理解

三、線程池的分類

1.newCachedThreadPool：  創(chuàng)建一個可根據(jù)需要創(chuàng)建新線程的線程池，但是在以前構(gòu)造的線程可用時講重用它們，并在需要時使用提供的ThreadFactory 創(chuàng)建新線程

特征：

(1) 線程池中的數(shù)量沒有固定，可以達(dá)到最大值(Integer.MAX_VALUE=2147483647)

(2) 線程池中的線程可進(jìn)行緩存重復(fù)利用和回收(回收默認(rèn)時間為1分鐘)

(3) 當(dāng)線程池中，沒有可用線程，會重新創(chuàng)建一個線程

2.newFixedThreadPool：  創(chuàng)建一個可重用固定線程數(shù)的線程池，以共享的無界隊(duì)列方式來運(yùn)行這些線程，在任意點(diǎn)，在大多數(shù)nThreads線程會處于處理任務(wù)的活動狀態(tài)。如果在所有線程處于活動狀態(tài)時提交附件任務(wù)，則在有可用線程之前，附件任務(wù)將在隊(duì)列中等待，如果在關(guān)閉前的執(zhí)行期間由于失敗而導(dǎo)致任何線程終止，那么一個新線程將代替它執(zhí)行后續(xù)的任務(wù)(如果需要)。在某個線程被顯式關(guān)閉之前，池中的線程將一直存在

特征：

(1) 線程池中的線程處于一定的量，可以很好的控制線程的并發(fā)量

(2) 線程可以重復(fù)被使用，在顯示關(guān)閉之前，都將一直存在

(3) 超過一定量的線程被提交時需在隊(duì)列中等待

3.newSingleThreadExecutor： 創(chuàng)建一個使用單個 worker 線程的Executor  ，以無界隊(duì)列方式來運(yùn)行該線程。(注意，如果因?yàn)樵陉P(guān)閉前的執(zhí)行期間出現(xiàn)失敗而終止了此單個線程，那么如果需要，一個新線程將代替它執(zhí)行后續(xù)的任務(wù))?？杀ＷC順序地執(zhí)行各個任務(wù)，并且在任意給定的時間不會有多個線程是活動的，與其他等效的  newFixedThreadPool(1)不同，可保證無需重新配置此方法所返回的執(zhí)行程序即可使用其他的線程

特征：

(1) 線程池中最多執(zhí)行一個線程，之后提交的線程將會排在隊(duì)列中以此執(zhí)行

4.newSingleThreadScheduledExecutor： 創(chuàng)建一個單線程執(zhí)行程序，它可安排在給定延遲后運(yùn)行命令或者定期執(zhí)行

特征：

(1) 線程池中最多執(zhí)行一個線程，之后提交的線程活動將會排在隊(duì)列中依次執(zhí)行

(2) 可定時或者延遲執(zhí)行線程活動

5.newScheduledThreadPool： 創(chuàng)建一個線程池，它可安排在給定延遲后運(yùn)行命令或者定期的執(zhí)行

特征：

(1) 線程池中具有執(zhí)行數(shù)量的線程，即便是空線程也將保留

(2) 可定時或者延遲執(zhí)行線程活動

6.newWorkStealingPool：  創(chuàng)建一個帶并行級別的線程池，并行級別決定了同一時刻最多有多少個線程在執(zhí)行，如不傳并行級別參數(shù)，將默認(rèn)為當(dāng)前系統(tǒng)的CPU個數(shù)

我們可以在開發(fā)工具中搜索一個叫Executors的類，在里面我們可以看到我們上面所有的使用方法

四、ThreadPoolExecutor

線程工具類——Task ：

public class Task implements Runnable{     @Override     public void run() {         try {             //休眠1秒             Thread.sleep(1000);         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }         //輸出線程名         System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-------running");     } }

4.1 newCachedThreadPool

源碼實(shí)現(xiàn)：

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

案例：

public class CacheThreadPoolDemo {     public static void main(String[] args) {         ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();         for (int i = 0; i < 20; i++) {             //提交任務(wù)             executorService.execute(new Task());         }         //啟動有序關(guān)閉，其中先前提交的任務(wù)將被執(zhí)行，但不會接受任何新任務(wù)         executorService.shutdown();     } }

結(jié)果輸出：

從開始到結(jié)束我們總共輸出了20個(pool-1-thread-1到pool-1-thread-20)線程

pool-1-thread-2-------running pool-1-thread-6-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-3-------running pool-1-thread-5-------running pool-1-thread-4-------running pool-1-thread-7-------running pool-1-thread-11-------running pool-1-thread-9-------running pool-1-thread-10-------running pool-1-thread-17-------running pool-1-thread-15-------running pool-1-thread-18-------running pool-1-thread-16-------running pool-1-thread-8-------running pool-1-thread-20-------running pool-1-thread-13-------running pool-1-thread-19-------running pool-1-thread-14-------running pool-1-thread-12-------running

4.2 newFixedThreadPool

源碼實(shí)現(xiàn)：

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

案例：

public class FixedThreadPoolDemo {     public static void main(String[] args) {         //創(chuàng)建線程池，最多允許五個線程執(zhí)行         ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);         for (int i = 0; i < 20; i++) {             //提交任務(wù)             executorService.execute(new Task());         }         //啟動有序關(guān)閉，其中先前提交的任務(wù)將被執(zhí)行，但不會接受任何新任務(wù)         executorService.shutdown();     } }

輸出結(jié)果：

我們可以看到其中的線程是每五個(pool-1-thread-1到pool-1-thread-5)一執(zhí)行，在當(dāng)前執(zhí)行的線程運(yùn)行中，最多允許五個線程進(jìn)行執(zhí)行

pool-1-thread-4-------running pool-1-thread-2-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-3-------running pool-1-thread-5-------running pool-1-thread-4-------running pool-1-thread-5-------running pool-1-thread-3-------running pool-1-thread-2-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-4-------running pool-1-thread-2-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-3-------running pool-1-thread-5-------running pool-1-thread-4-------running pool-1-thread-5-------running pool-1-thread-2-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-3-------running

4.3 newSingleThreadExecutor

源碼實(shí)現(xiàn)：

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

案例：

public class SingleThreadPoolDemo {     public static void main(String[] args) {         ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();         for (int i = 0; i < 20; i++) {             //提交任務(wù)             executorService.execute(new Task());         }         //啟動有序關(guān)閉，其中先前提交的任務(wù)將被執(zhí)行，但不會接受任何新任務(wù)         executorService.shutdown();     } }

結(jié)果輸出：

我們可以看到每次都是線程1輸出結(jié)果

pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running pool-1-thread-1-------running

五、ScheduledThreadPoolExecutor

5.1 newScheduledThreadPool

案例：

    public static void main(String[] args) {         ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(3); //        for (int i = 0; i < 20; i++) {         System.out.println(System.currentTimeMillis());             scheduledExecutorService.schedule(new Runnable() {                 @Override                 public void run() {                     System.out.println("延遲三秒執(zhí)行");                     System.out.println(System.currentTimeMillis());                 }             },3, TimeUnit.SECONDS); //        }          scheduledExecutorService.shutdown();     }  }

輸出結(jié)果：

1606744468814 延遲三秒執(zhí)行 1606744471815

5.2 newSingleThreadScheduledExecutor

案例：

 public static void main(String[] args) {         ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();             scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {                 int i = 1;                 @Override                 public void run() {                     System.out.println(i);                     i++;                 }             },0,1, TimeUnit.SECONDS); //        scheduledExecutorService.shutdown();     }

輸出結(jié)果：

1 2 3 4 5

六、線程池的生命周期

一般來說線程池只有兩種狀態(tài)，一種是Running，一種是TERMINATED，圖中間的都是過渡狀態(tài)

Running：能接受新提交的任務(wù)，并且也能處理阻塞隊(duì)列中的任務(wù)

SHUTDOWN：關(guān)閉狀態(tài)，不再接受新提交的任務(wù)，但卻可以繼續(xù)處理阻塞隊(duì)列中已保存的任務(wù)

STOP：不能接受新任務(wù)，也不處理隊(duì)列中的任務(wù)，會中斷正在處理任務(wù)的線程

TIDYING：如果所有的任務(wù)都已終止了，workerCount(有效線程數(shù))為0.線程池進(jìn)入該狀態(tài)后會調(diào)用terminated()方法進(jìn)入TERMINATED狀態(tài)

TERMINATED：在terminated()方法執(zhí)行完成后進(jìn)入該狀態(tài)，默認(rèn)terminated()方法中什么也沒有做

七、線程池的創(chuàng)建

7.1 Executors 源碼

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,                            int maximumPoolSize,                            long keepAliveTime,                            TimeUnit unit,                            BlockingQueue<Runnable> workQueue,                            ThreadFactory threadFactory,                            RejectedExecutionHandler handler)

7.2 參數(shù)說明

corePoolSize：核心線程池的大小

maximumPoolSize：線程池能創(chuàng)建線程的最大個數(shù)

keepAliveTime：空閑線程存活時間

unit：時間單位，為keepAliveTime指定時間單位

workQueue：阻塞隊(duì)列，用于保存任務(wù)的阻塞隊(duì)列

threadFactory：創(chuàng)建線程的工程類

handler：飽和策略(拒絕策略)

八、阻塞隊(duì)列

ArrayBlockingQueue：

基于數(shù)組的阻塞隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，在ArrayBlockingQueue內(nèi)部，維護(hù)了一個定長數(shù)組，以便緩存隊(duì)列中的數(shù)據(jù)對象，這是-個常用的阻塞隊(duì)列，除了一個定長數(shù)組外，ArrayBlockingQueue內(nèi)部還保存著兩個整形變量，分別標(biāo)識著隊(duì)列的頭部和尾部在數(shù)組中的位置。

ArrayBlockingQueue在生產(chǎn)者放入數(shù)據(jù)和消費(fèi)者獲取數(shù)據(jù)，都是共用同一個鎖對象，由此也意味著兩者無法真正并行運(yùn)行，這點(diǎn)尤其不同于LinkedBlockingQueue;按照實(shí)現(xiàn)原理來分析，ArrayBlockingQueue完全可以采用分離鎖，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者和消費(fèi)者操作的完全并行運(yùn)行。Doug  Lea之所以沒這樣去做，也許是因?yàn)锳rrayBlockingQueue的數(shù)據(jù)寫入和獲取操作已經(jīng)足夠輕巧，以至于引入獨(dú)立的鎖機(jī)制，除了給代碼帶來額外的復(fù)雜性外，其在性能上完全占不到任何便宜。

ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue間還有一個明顯的不同之處在于，前者在插入或刪除元素時不會產(chǎn)生或銷毀任何額外的對象實(shí)例，而后者則會生成一個額外的Node對象。這在長時間內(nèi)需要高效并發(fā)地處理大批量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，其對于GC的影響還是存在一定的區(qū)別。而在創(chuàng)建ArrayBlockingQueue時，我們還可以控制對象的內(nèi)部鎖是否采用公平鎖，默認(rèn)采用非公平鎖。

LinkedBlockingQueue：

基于鏈表的阻塞隊(duì)列，同ArrayListBlockingQueue類似，其內(nèi)部也維持著一個數(shù)據(jù)緩沖隊(duì)列(該隊(duì)列由一個鏈表構(gòu)成)，當(dāng)生產(chǎn)者往隊(duì)列中放入一個數(shù)據(jù)時，隊(duì)列會從生產(chǎn)者手中獲取數(shù)據(jù)，并緩存在隊(duì)列內(nèi)部，而生產(chǎn)者立即返回;只有當(dāng)隊(duì)列緩沖區(qū)達(dá)到最大值緩存容量時(  LinkedBlockingQueue可以通過構(gòu)造函數(shù)指定該值)，才會阻塞生產(chǎn)者隊(duì)列，直到消費(fèi)者從隊(duì)列中消費(fèi)掉─份數(shù)據(jù)，生產(chǎn)者線程會被喚醒，反之對打于消費(fèi)者這端的處理也基于同樣的原理。而

LinkedBlockingQueue之所以能夠高效的處理并發(fā)數(shù)據(jù)，還因?yàn)槠鋵τ谏a(chǎn)者端和消費(fèi)者端分別采用了獨(dú)立的鎖來控制數(shù)據(jù)同步，這也意味著在高并發(fā)的情況下生產(chǎn)者和消費(fèi)者可以并行地操作隊(duì)列中的數(shù)據(jù)，以此來提高整個隊(duì)列的并發(fā)性能。

DelayQueue：

DelayQueue中的元素只有當(dāng)其指定的延遲時間到了，才能夠從隊(duì)列中獲取到該元素。DelayQueue是一個沒有大小限制的隊(duì)列，因此往隊(duì)列中插入數(shù)據(jù)的操作(生產(chǎn)者)永遠(yuǎn)不會被阻塞，而只有獲取數(shù)據(jù)的操作(消費(fèi)者)才會被阻塞。

使用場景︰

DelayQueue使用場景較少，但都相當(dāng)巧妙，常見的例子比如使用一個DelayQueue來管理一個超時未響應(yīng)的連接隊(duì)列。

PriorityBlockingQueue：

基于優(yōu)先級的阻塞隊(duì)列(優(yōu)先級的判斷通過構(gòu)造函數(shù)傳入的Compator對象來決定)，但需要注意的是

PriorityBlockingQueue并不會阻塞數(shù)據(jù)生產(chǎn)者，而只會在沒有可消費(fèi)的數(shù)據(jù)時，阻塞數(shù)據(jù)的消費(fèi)者。因此使用的時候要特別注意，生產(chǎn)者生產(chǎn)數(shù)據(jù)的速度絕對不能快于消費(fèi)者消費(fèi)數(shù)據(jù)的速度，否則時間一長，會最終耗盡所有的可用堆內(nèi)存空間。在實(shí)現(xiàn)PriorityBlockingQueue時，內(nèi)部控制線程同步的鎖采用的是公平鎖。

SynchronousQueue：

一種無緩沖的等待隊(duì)列，類似于無中介的直接交易，有點(diǎn)像原始社會中的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，生產(chǎn)者拿著產(chǎn)品去集市銷售給產(chǎn)品的最終消費(fèi)者，而消費(fèi)者必須親自去集市找到所要商品的直接生產(chǎn)者，如果一方?jīng)]有找到合適的目標(biāo)，那么對不起，大家都在集市等待。相對于有緩沖的BlockingQueue來說，少了一個中間經(jīng)銷商的環(huán)節(jié)(緩沖區(qū))，如果有經(jīng)銷商，生產(chǎn)者直接把產(chǎn)品批發(fā)給經(jīng)銷商，而無需在意經(jīng)銷商最終會將這些產(chǎn)品賣給那些消費(fèi)者，由于經(jīng)銷商可以庫存一部分商品，因此相對于直接交易模式，總體來說采用中間經(jīng)銷商的模式會吞吐量高一些(可以批量買賣)﹔但另一方面，又因?yàn)榻?jīng)銷商的引入，使得產(chǎn)品從生產(chǎn)者到消費(fèi)者中間增加了額外的交易環(huán)節(jié)，單個產(chǎn)品的及時響應(yīng)性能可能會降低。

聲明一個SynchronousQueue有兩種不同的方式，它們之間有著不太一樣的行為。公平模式和非公平模式的區(qū)別:如果采用公平模式:SynchronousQueue會采用公平鎖，并配合一個FIFO隊(duì)列來阻塞多余的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，從而體系整體的公平策略;

但如果是非公平模式 ( SynchronousQueue默認(rèn)) :  SynchronousQueue采用非公平鎖，同時配合一個LIFO隊(duì)列來管理多余的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，而后一種模式，如果生產(chǎn)者和消費(fèi)者的處理速度有差距，則很容易出現(xiàn)饑渴的情況，即可能有某些生產(chǎn)者或者是消費(fèi)者的數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)都得不到處理。

注意：

arrayblockingqueue和linkedblockqueue的區(qū)別:1.隊(duì)列中鎖的實(shí)現(xiàn)不同

1、ArrayBlockingQueue實(shí)現(xiàn)的隊(duì)列中的鎖是沒有分離的，即生產(chǎn)和消費(fèi)用的是同一個鎖;

LinkedBlockingQueue實(shí)現(xiàn)的隊(duì)列中的鎖是分離的，即生產(chǎn)用的是putLock，消費(fèi)是takeLock2.隊(duì)列大小初始化方式不同

2、ArrayBlockingQueue實(shí)現(xiàn)的隊(duì)列中必須指定隊(duì)列的大小;

LinkedBlockingQueue實(shí)現(xiàn)的隊(duì)列中可以不指定隊(duì)列的大小，但是默認(rèn)是Integer.MAX_VALUE

九、拒絕策略

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy(系統(tǒng)默認(rèn)):丟棄任務(wù)并拋出RejectedExecutionException異常，讓你感知到任務(wù)被拒絕了，我們可以根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯選擇重試或者放棄提交等策略

ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：  也是丟棄任務(wù)，但是不拋出異常，相對而言存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槲覀兲峤坏臅r候根本不知道這個任務(wù)會被丟棄，可能造成數(shù)據(jù)丟失。

ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：  丟棄隊(duì)列最前面的任務(wù)，然后重新嘗試執(zhí)行任務(wù)(重復(fù)此過程)，通常是存活時間最長的任務(wù)，它也存在一定的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險(xiǎn)

ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy： 由調(diào)用線程處理該任務(wù)

十、execute()和submit()方法

10.1 execute方法執(zhí)行邏輯

• 如果當(dāng)前運(yùn)行的線程少于corePoolSize，則會創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行新的任務(wù);

• 如果運(yùn)行的線程個數(shù)等于或者大于corePoolSize，則會將提交的任務(wù)存放到阻塞隊(duì)列workQueue中;

• 如果當(dāng)前workQueue隊(duì)列已滿的話，則會創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行任務(wù);

• 如果線程個數(shù)已經(jīng)超過了maximumPoolSize，則會使用飽和策略RejectedExecutionHandler來進(jìn)行處理

10.2 Submit

submit是基方法Executor.execute(Runnable)的延伸，通過創(chuàng)建并返回一個Future類對象可用于取消執(zhí)行和/或等待完成。

十一、線程池的關(guān)閉

• 關(guān)閉線程池，可以通過shutdown和shutdownNow兩個方法

• 原理：遍歷線程池中的所有線程，然后依次中斷

• 1、shutdownNow首先將線程池的狀態(tài)設(shè)置為STOP,然后嘗試停止所有的正在執(zhí)行和未執(zhí)行任務(wù)的線程，并返回等待執(zhí)行任務(wù)的列表;

• 2、shutdown只是將線程池的狀態(tài)設(shè)置為SHUTDOWN狀態(tài)，然后中斷所有沒有正在執(zhí)行任務(wù)的線程

感謝各位的閱讀，以上就是“線程池的原理和作用是什么”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對線程池的原理和作用是什么這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！