如何進行Java線程池的分析和使用

如何進行Java線程池的分析和使用，針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

1.    引言

合理利用線程池能夠帶來三個好處。

第一：降低資源消耗。通過重復利用已創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗。

第二：提高響應(yīng)速度。當任務(wù)到達時，任務(wù)可以不需要的等到線程創(chuàng)建就能立即執(zhí)行。

第三：提高線程的可管理性。線程是稀缺資源，如果無限制的創(chuàng)建，不僅會消耗系統(tǒng)資源，還會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使用線程池可以進行統(tǒng)一的分配，調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。但是要做到合理的利用線程池，必須對其原理了如指掌。

2.線程池的使用線程池的創(chuàng)建

我們可以通過ThreadPoolExecutor來創(chuàng)建一個線程池。

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize,
keepAliveTime, milliseconds,runnableTaskQueue, threadFactory,handler);

創(chuàng)建一個線程池需要輸入幾個參數(shù)：

• corePoolSize（線程池的基本大小）：當提交一個任務(wù)到線程池時，線程池會創(chuàng)建一個線程來執(zhí)行任務(wù)，即使其他空閑的基本線程能夠執(zhí)行新任務(wù)也會創(chuàng)建線程，等到需要執(zhí)行的任務(wù)數(shù)大于線程池基本大小時就不再創(chuàng)建。如果調(diào)用了線程池的prestartAllCoreThreads方法，線程池會提前創(chuàng)建并啟動所有基本線程。

• runnableTaskQueue（任務(wù)隊列）：用于保存等待執(zhí)行的任務(wù)的阻塞隊列?？梢赃x擇以下幾個阻塞隊列。

1.ArrayBlockingQueue：是一個基于數(shù)組結(jié)構(gòu)的有界阻塞隊列，此隊列按 FIFO（先進先出）原則對元素進行排序。

2.LinkedBlockingQueue：一個基于鏈表結(jié)構(gòu)的阻塞隊列，此隊列按FIFO （先進先出） 排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。靜態(tài)工廠方法Executors.newFixedThreadPool()使用了這個隊列。

3.SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。每個插入操作必須等到另一個線程調(diào)用移除操作，否則插入操作一直處于阻塞狀態(tài)，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，靜態(tài)工廠方法Executors.newCachedThreadPool使用了這個隊列。

4.PriorityBlockingQueue：一個具有優(yōu)先級得無限阻塞隊列。

• maximumPoolSize（線程池最大大?。壕€程池允許創(chuàng)建的最大線程數(shù)。如果隊列滿了，并且已創(chuàng)建的線程數(shù)小于最大線程數(shù)，則線程池會再創(chuàng)建新的線程執(zhí)行任務(wù)。值得注意的是如果使用了無界的任務(wù)隊列這個參數(shù)就沒什么效果。

• ThreadFactory：用于設(shè)置創(chuàng)建線程的工廠，可以通過線程工廠給每個創(chuàng)建出來的線程設(shè)置更有意義的名字，Debug和定位問題時非常又幫助。

RejectedExecutionHandler（飽和策略）：當隊列和線程池都滿了，說明線程池處于飽和狀態(tài)，那么必須采取一種策略處理提交的新任務(wù)。這個策略默認情況下是AbortPolicy，表示無法處理新任務(wù)時拋出異常。以下是JDK1.5提供的四種策略。n  AbortPolicy：直接拋出異常。

1..CallerRunsPolicy：只用調(diào)用者所在線程來運行任務(wù)。

2.DiscardOldestPolicy：丟棄隊列里最近的一個任務(wù)，并執(zhí)行當前任務(wù)。

3.DiscardPolicy：不處理，丟棄掉。

4.當然也可以根據(jù)應(yīng)用場景需要來實現(xiàn)RejectedExecutionHandler接口自定義策略。如記錄日志或持久化不能處理的任務(wù)。

• keepAliveTime（線程活動保持時間）：線程池的工作線程空閑后，保持存活的時間。所以如果任務(wù)很多，并且每個任務(wù)執(zhí)行的時間比較短，可以調(diào)大這個時間，提高線程的利用率。

• TimeUnit（線程活動保持時間的單位）：可選的單位有天（DAYS），小時（HOURS），分鐘（MINUTES），毫秒(MILLISECONDS)，微秒(MICROSECONDS, 千分之一毫秒)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。

向線程池提交任務(wù)

我們可以使用execute提交的任務(wù)，但是execute方法沒有返回值，所以無法判斷任務(wù)知否被線程池執(zhí)行成功。通過以下代碼可知execute方法輸入的任務(wù)是一個Runnable類的實例。

threadsPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
}
});

們也可以使用submit 方法來提交任務(wù)，它會返回一個future,那么我們可以通過這個future來判斷任務(wù)是否執(zhí)行成功，通過future的get方法來獲取返回值，get方法會阻塞住直到任務(wù)完成，而使用get(long timeout, TimeUnit unit)方法則會阻塞一段時間后立即返回，這時有可能任務(wù)沒有執(zhí)行完。

try {
Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// 處理中斷異常
} catch (ExecutionException e) {
// 處理無法執(zhí)行任務(wù)異常
} finally {
// 關(guān)閉線程池
executor.shutdown();
}

線程池的關(guān)閉

我們可以通過調(diào)用線程池的shutdown或shutdownNow方法來關(guān)閉線程池，但是它們的實現(xiàn)原理不同，shutdown的原理是只是將線程池的狀態(tài)設(shè)置成SHUTDOWN狀態(tài)，然后中斷所有沒有正在執(zhí)行任務(wù)的線程。shutdownNow的原理是遍歷線程池中的工作線程，然后逐個調(diào)用線程的interrupt方法來中斷線程，所以無法響應(yīng)中斷的任務(wù)可能永遠無法終止。

shutdownNow會首先將線程池的狀態(tài)設(shè)置成STOP，然后嘗試停止所有的正在執(zhí)行或暫停任務(wù)的線程，并返回等待執(zhí)行任務(wù)的列表。

只要調(diào)用了這兩個關(guān)閉方法的其中一個，isShutdown方法就會返回true。當所有的任務(wù)都已關(guān)閉后,才表示線程池關(guān)閉成功，這時調(diào)用isTerminaed方法會返回true。至于我們應(yīng)該調(diào)用哪一種方法來關(guān)閉線程池，應(yīng)該由提交到線程池的任務(wù)特性決定，通常調(diào)用shutdown來關(guān)閉線程池，如果任務(wù)不一定要執(zhí)行完，則可以調(diào)用shutdownNow。

3.    線程池的分析

流程分析：線程池的主要工作流程如下圖：

從上圖我們可以看出，當提交一個新任務(wù)到線程池時，線程池的處理流程如下：

1.首先線程池判斷基本線程池是否已滿？沒滿，創(chuàng)建一個工作線程來執(zhí)行任務(wù)。滿了，則進入下個流程。

2.其次線程池判斷工作隊列是否已滿？沒滿，則將新提交的任務(wù)存儲在工作隊列里。滿了，則進入下個流程。

3.最后線程池判斷整個線程池是否已滿？沒滿，則創(chuàng)建一個新的工作線程來執(zhí)行任務(wù)，滿了，則交給飽和策略來處理這個任務(wù)。

源碼分析。上面的流程分析讓我們很直觀的了解的線程池的工作原理，讓我們再通過源代碼來看看是如何實現(xiàn)的。線程池執(zhí)行任務(wù)的方法如下：

public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
//如果線程數(shù)小于基本線程數(shù)，則創(chuàng)建線程并執(zhí)行當前任務(wù)
if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
//如線程數(shù)大于等于基本線程數(shù)或線程創(chuàng)建失敗，則將當前任務(wù)放到工作隊列中。
if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
ensureQueuedTaskHandled(command);
}
//如果線程池不處于運行中或任務(wù)無法放入隊列，并且當前線程數(shù)量小于最大允許的線程數(shù)量，則創(chuàng)建一個線程執(zhí)行任務(wù)。
else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
//拋出RejectedExecutionException異常
reject(command); // is shutdown or saturated
}
}

工作線程。線程池創(chuàng)建線程時，會將線程封裝成工作線程Worker，Worker在執(zhí)行完任務(wù)后，還會無限循環(huán)獲取工作隊列里的任務(wù)來執(zhí)行。我們可以從Worker的run方法里看到這點：

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

4.    合理的配置線程池

要想合理的配置線程池，就必須首先分析任務(wù)特性，可以從以下幾個角度來進行分析：

1.任務(wù)的性質(zhì)：CPU密集型任務(wù)，IO密集型任務(wù)和混合型任務(wù)。

2.任務(wù)的優(yōu)先級：高，中和低。

3.任務(wù)的執(zhí)行時間：長，中和短。

4.任務(wù)的依賴性：是否依賴其他系統(tǒng)資源，如數(shù)據(jù)庫連接。

任務(wù)性質(zhì)不同的任務(wù)可以用不同規(guī)模的線程池分開處理。CPU密集型任務(wù)配置盡可能少的線程數(shù)量，如配置Ncpu+1個線程的線程池。IO密集型任務(wù)則由于需要等待IO操作，線程并不是一直在執(zhí)行任務(wù)，則配置盡可能多的線程，如2*Ncpu。混合型的任務(wù)，如果可以拆分，則將其拆分成一個CPU密集型任務(wù)和一個IO密集型任務(wù)，只要這兩個任務(wù)執(zhí)行的時間相差不是太大，那么分解后執(zhí)行的吞吐率要高于串行執(zhí)行的吞吐率，如果這兩個任務(wù)執(zhí)行時間相差太大，則沒必要進行分解。我們可以通過Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法獲得當前設(shè)備的CPU個數(shù)。

優(yōu)先級不同的任務(wù)可以使用優(yōu)先級隊列PriorityBlockingQueue來處理。它可以讓優(yōu)先級高的任務(wù)先得到執(zhí)行，需要注意的是如果一直有優(yōu)先級高的任務(wù)提交到隊列里，那么優(yōu)先級低的任務(wù)可能永遠不能執(zhí)行。

執(zhí)行時間不同的任務(wù)可以交給不同規(guī)模的線程池來處理，或者也可以使用優(yōu)先級隊列，讓執(zhí)行時間短的任務(wù)先執(zhí)行。

依賴數(shù)據(jù)庫連接池的任務(wù)，因為線程提交SQL后需要等待數(shù)據(jù)庫返回結(jié)果，如果等待的時間越長CPU空閑時間就越長，那么線程數(shù)應(yīng)該設(shè)置越大，這樣才能更好的利用CPU。

建議使用有界隊列，有界隊列能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和預(yù)警能力，可以根據(jù)需要設(shè)大一點，比如幾千。有一次我們組使用的后臺任務(wù)線程池的隊列和線程池全滿了，不斷的拋出拋棄任務(wù)的異常，通過排查發(fā)現(xiàn)是數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)了問題，導致執(zhí)行SQL變得非常緩慢，因為后臺任務(wù)線程池里的任務(wù)全是需要向數(shù)據(jù)庫查詢和插入數(shù)據(jù)的，所以導致線程池里的工作線程全部阻塞住，任務(wù)積壓在線程池里。如果當時我們設(shè)置成無界隊列，線程池的隊列就會越來越多，有可能會撐滿內(nèi)存，導致整個系統(tǒng)不可用，而不只是后臺任務(wù)出現(xiàn)問題。當然我們的系統(tǒng)所有的任務(wù)是用的單獨的服務(wù)器部署的，而我們使用不同規(guī)模的線程池跑不同類型的任務(wù)，但是出現(xiàn)這樣問題時也會影響到其他任務(wù)。

5.    線程池的監(jiān)控

通過線程池提供的參數(shù)進行監(jiān)控。線程池里有一些屬性在監(jiān)控線程池的時候可以使用

• taskCount：線程池需要執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量。

• completedTaskCount：線程池在運行過程中已完成的任務(wù)數(shù)量。小于或等于taskCount。

• largestPoolSize：線程池曾經(jīng)創(chuàng)建過的最大線程數(shù)量。通過這個數(shù)據(jù)可以知道線程池是否滿過。如等于線程池的最大大小，則表示線程池曾經(jīng)滿了。

• getPoolSize:線程池的線程數(shù)量。如果線程池不銷毀的話，池里的線程不會自動銷毀，所以這個大小只增不減。

• getActiveCount：獲取活動的線程數(shù)。

通過擴展線程池進行監(jiān)控。通過繼承線程池并重寫線程池的beforeExecute，afterExecute和terminated方法，我們可以在任務(wù)執(zhí)行前，執(zhí)行后和線程池關(guān)閉前干一些事情。如監(jiān)控任務(wù)的平均執(zhí)行時間，最大執(zhí)行時間和最小執(zhí)行時間等。這幾個方法在線程池里是空方法。如：

<b>protected</b> <b>void</b> beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }

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