Java線程池的原理、使用及性能優(yōu)化方法是什么

本篇內(nèi)容介紹了“Java線程池的原理、使用及性能優(yōu)化方法是什么”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

1、什么是線程及線程池

線程是操作系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)序調(diào)度的基本單元。

線程池可以理解為一個(gè)存在線程的池子，就是一個(gè)容器，這個(gè)容器只能存在線程。這個(gè)容器有大小，可以放7，8個(gè)，也可以放3，4個(gè)。也可以把容器裝滿，但是都有一個(gè)最大值，比如說12個(gè)。比如說我這邊線程池一般都裝5個(gè)線程，最多能裝12個(gè)。這個(gè)時(shí)候有五個(gè)人需要使用線程池，他就拿走了5個(gè)線程，然后在來兩個(gè)人怎么辦，他肯定沒有線程可以使用，他必須等著那5個(gè)人使用完才行。但是我的池子能裝12個(gè)，我只有5個(gè)線程怎么行，我肯定還得在在裝幾個(gè)線程，要不然人再多一點(diǎn)就不夠了，這時(shí)候來了2個(gè)，我在生產(chǎn)2個(gè)線程，總數(shù)到7個(gè)，這個(gè)時(shí)候剩下2個(gè)人就不需要等待了，就可以直接使用。如果在來6個(gè)人呢，這個(gè)時(shí)候，我的池子里面可能只剩下5個(gè)線程的容量了，我能在生產(chǎn)5個(gè)線程但是，還有一個(gè)人得在哪等著才行。我也不能讓人家漫無目的的等著啊，我找5個(gè)凳子吧，你們坐那等著，然后第一波五個(gè)人用完線程結(jié)束了，一下子騰出來了5個(gè)線程，剩下的一個(gè)人可以使用線程，這個(gè)時(shí)候依次又來了10個(gè)人，我的線程只有4個(gè)人可以使用，位置能坐五個(gè)人，剩下一個(gè)人怎么辦，要不直接拒絕，我這邊沒有位，你要不先去別的地方看看，但是直接拒絕肯定很讓人心里不舒服，我得在想幾種拒絕策略。。。，我看我的線程池用的人還比較多，這么多人用，要是有人一直占著我的線程池怎么辦，肯定得想個(gè)辦法處理？要不就直接一個(gè)線程只能使用1分鐘，使用完之后立刻回收，如果想在使用，重新排隊(duì)等待。這樣我的線程生意越做越好，只要有人用，他就一直跑。

是不是有點(diǎn)像飯店或者是自助餐店，自助餐店是比較形象的，我的飯店里面只要有位置就可以坐人，達(dá)到最大的量，剩下的客戶只能在門口等待了，飯店里面的客戶走一個(gè)，來一個(gè)在外邊等待的，如果等待的位置沒有了，客戶看看沒位置了就直接走了，如果有的人特別想吃，就在哪多等一會(huì)。在飯店里面的客戶吃的時(shí)間也不能太長(zhǎng)（一般在沒有位置的情況下），大概2個(gè)小時(shí)，吃完就要離開。

根據(jù)以上我的描述，大概可以確定線程池里面有什么？

裝了多少個(gè)線程、能裝多少線程、線程可以保留多長(zhǎng)時(shí)間、線程等待區(qū)、如何拒絕、創(chuàng)建線程

1.1、為什么要使用線程 

程序的運(yùn)行必須依靠進(jìn)程，進(jìn)程的實(shí)際執(zhí)行單元就是線程。

• 系統(tǒng)內(nèi)服務(wù)的調(diào)用。系統(tǒng)是依托于進(jìn)程運(yùn)行的，系統(tǒng)內(nèi)有很多服務(wù)，服務(wù)之間有交互，服務(wù)的運(yùn)行依托于線程運(yùn)行。多服務(wù)運(yùn)行依托于多線程運(yùn)行。服務(wù)之間的調(diào)用及數(shù)據(jù)交換是依托于進(jìn)程間的內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的，同時(shí)線程也可以構(gòu)建自己的內(nèi)存空間。依托于進(jìn)程間的資源調(diào)度和數(shù)據(jù)交互。

• 多線程可以提高程序的執(zhí)行性能。例如，有個(gè) 90 平方的房子，一個(gè)人打掃需要花費(fèi) 30 分鐘，三個(gè)人打掃就只需要 10 分鐘，這三個(gè)人就是程序中的“多線程”。

在很多程序中，需要多個(gè)線程互相同步或互斥的并行完成工作。

線程相比進(jìn)程來說，更加的輕量，所以線程的創(chuàng)建和銷毀的代價(jià)變得更小。

線程提高了性能，雖然線程宏觀上是并行的，但微觀上卻是串行。從CPU角度線程并無法提升性能，但如果某些線程涉及到等待資源（比如IO，等待輸入）時(shí)，多線程允許進(jìn)程中的其它線程繼續(xù)執(zhí)行而不是整個(gè)進(jìn)程被阻塞，因此提高了CPU的利用率，從這個(gè)角度會(huì)提升性能。

在多CPU或多核的情況下，使用線程不僅僅在宏觀上并行，在微觀上也是并行的。

1.2、為什么要使用線程池

多線程可以提高程序的執(zhí)行性能

• 比如說吃自助餐，當(dāng)餐位足夠多的時(shí)候，人也足夠多的時(shí)候，自助餐盈利也是最多了，同時(shí)也可以提供就餐率與客戶滿意度。如果有200個(gè)人吃飯，有一百個(gè)餐位的話，每個(gè)人平均吃1個(gè)小時(shí)，那200個(gè)人吃兩個(gè)小時(shí)就吃完了。如果只有10個(gè)餐位的話，200個(gè)人需要吃20個(gè)小時(shí)左右，想一下如果剩下的在哪里焦急等待吃飯的客戶心里多么的不開心。

• 自助餐餐的餐位就是線程，當(dāng)線程足夠多的時(shí)候就可以滿足更多的人吃飯，但是也不是說線程越多越好，畢竟不是一定每次都會(huì)有200個(gè)客戶過來吃飯，就算有200個(gè)客戶過來吃飯，也需要評(píng)估一下，飯店里面的廚師夠不夠，打掃衛(wèi)生的阿姨能不能收拾過來，飯店里面的盤子夠不夠等基本的硬件因素。這個(gè)就相當(dāng)于系統(tǒng)的配置一下，需要一些本質(zhì)上的內(nèi)存、CPU處理等一些硬件條件。

創(chuàng)建/銷毀線程伴隨著系統(tǒng)開銷，過于頻繁的創(chuàng)建/銷毀線程，會(huì)很大程度上影響處理效率（只要線程一直執(zhí)行就不會(huì)銷毀）

• 記創(chuàng)建線程消耗時(shí)間T1，執(zhí)行任務(wù)消耗時(shí)間T2，銷毀線程消耗時(shí)間T3，如果T1+T3>T2，那么是不是說開啟一個(gè)線程來執(zhí)行這個(gè)任務(wù)太不劃算了！正好，線程池緩存線程，可用已有的閑置線程來執(zhí)行新任務(wù)，避免了T1+T3帶來的系統(tǒng)開銷，當(dāng)然一直存活的核心線程也會(huì)消耗CPU資源

線程并發(fā)數(shù)量過多，搶占系統(tǒng)資源從而導(dǎo)致阻塞

• 我們知道線程能共享系統(tǒng)資源，如果同時(shí)執(zhí)行的線程過多，就有可能導(dǎo)致系統(tǒng)資源不足而產(chǎn)生阻塞的情況，運(yùn)用線程池能有效的控制線程最大并發(fā)數(shù)，避免以上的問題

對(duì)線程進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的管理

• 比如：延時(shí)執(zhí)行、定時(shí)循環(huán)執(zhí)行的策略等運(yùn)用線程池都能進(jìn)行很好的實(shí)現(xiàn)

1.3、線程池的優(yōu)點(diǎn)

提高線程利用率

• 保證存在業(yè)務(wù)是的時(shí)候使用，不存在業(yè)務(wù)的時(shí)候就釋放掉，合理使用線程，避免資源浪費(fèi)

提高程序的響應(yīng)速度

• 由線程池統(tǒng)一管理的話，資源分配使用統(tǒng)一的調(diào)度池進(jìn)行調(diào)度，出現(xiàn)使用線程的情況能避免線程的創(chuàng)建及銷毀的耗時(shí)，可以直接使用線程。

便于統(tǒng)一管理線程對(duì)象

• 線程池可以保證線程的統(tǒng)一調(diào)配與管理。

可以控制最大并發(fā)數(shù)

• 服務(wù)器是有線程使用上限的，線程使用對(duì)資源也有很大的消耗，所以線程池能很好的控制線程資源，避免浪費(fèi)。

2、線程池在java中的使用

ThreadPoolExecutor這個(gè)類是java中的線程池類，可以使用它進(jìn)行線程的池化。

// 根據(jù)上面的描述大概分析一下線程都需要什么及參數(shù)的解析
// corePoolSize 核心線程數(shù)，就是上面說的裝了多少個(gè)線程
// maximumPoolSize 最大線程數(shù)，就是上面說的能裝多少線程
// keepAliveTime 存活時(shí)間，就是上面說的線程可以保留多長(zhǎng)時(shí)間
// TimeUnit 這個(gè)是時(shí)間單位，有時(shí)、分、秒、天等等，是存活時(shí)間的單位
// BlockingQueue<Runnable> 這是一個(gè)等待隊(duì)列，就是上面顯示的線程等待區(qū)
// ThreadFactory 線程工廠，就是上面描述的如何創(chuàng)建線程，由誰創(chuàng)建
// RejectedExecutionHandler 拒絕策略，就是上面顯示的如何拒絕，是直接拒絕還是婉拒
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory)
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler)
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler)

可以看到，其需要如下幾個(gè)參數(shù)：

• corePoolSize（必需）：核心線程數(shù)。默認(rèn)情況下，核心線程會(huì)一直存活，但是當(dāng)將 allowCoreThreadTimeout 設(shè)置為 true 時(shí)，核心線程也會(huì)超時(shí)回收。

• maximumPoolSize（必需）：線程池所能容納的最大線程數(shù)。當(dāng)活躍線程數(shù)達(dá)到該數(shù)值后，后續(xù)的新任務(wù)將會(huì)阻塞。

• keepAliveTime（必需）：線程閑置超時(shí)時(shí)長(zhǎng)。如果超過該時(shí)長(zhǎng)，非核心線程就會(huì)被回收。如果將 allowCoreThreadTimeout 設(shè)置為 true 時(shí)，核心線程也會(huì)超時(shí)回收。

• unit（必需）：指定 keepAliveTime 參數(shù)的時(shí)間單位。常用的有：TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MINUTES（分）。

• workQueue（必需）：任務(wù)隊(duì)列。通過線程池的 execute() 方法提交的 Runnable 對(duì)象將存儲(chǔ)在該參數(shù)中。其采用阻塞隊(duì)列實(shí)現(xiàn)。

• threadFactory（可選）：線程工廠。用于指定為線程池創(chuàng)建新線程的方式。

• handler（可選）：拒絕策略。當(dāng)達(dá)到最大線程數(shù)時(shí)需要執(zhí)行的飽和策略。

2.1、線程池的工作原理

2.2、線程池的java代碼示例

import java.util.concurrent.*;
public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 1L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(3), Executors.defaultThreadFactory());
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            int finalI = i;
            threadPoolExecutor.submit( ()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "========" + finalI);
            });
        }
        threadPoolExecutor.shutdown();
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：

pool-1-thread-1========0
pool-1-thread-3========2
pool-1-thread-3========4
pool-1-thread-2========1
pool-1-thread-3========5
pool-1-thread-2========8
pool-1-thread-5========7
pool-1-thread-1========3
pool-1-thread-4========6
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task java.util.concurrent.FutureTask@61e717c2 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@66cd51c3[Running, pool size = 5, active threads = 2, queued tasks = 0, completed tasks = 7]
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2063)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:830)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1379)
at java.util.concurrent.AbstractExecutorService.submit(AbstractExecutorService.java:112)
at com.halo.communication.ThreadTest.main(ThreadTest.java:10)

執(zhí)行的線程數(shù)超過了線程池可容納的大小，線程池使用默認(rèn)拒絕策略拒絕多余線程執(zhí)行，然后開始出現(xiàn)異常處理。上面執(zhí)行的線程數(shù)到thread-5，5是線程池的默認(rèn)最大線程數(shù)。然后執(zhí)行for循環(huán)20次，進(jìn)行執(zhí)行到8的時(shí)候出現(xiàn)異常，說明線程池已經(jīng)超載滿負(fù)荷執(zhí)行，所以線程池執(zhí)行拒絕策略。

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