JavaEE精炼宝库多线程（6）线程池

辘轳

目录一、线程池的概念及优势1.1线程池的概念：1.2线程池的优势：二、工厂模式三、标准库中的线程池3.1标准库线程池参数解释：3.1.1corePoolSize|maximumPoolSize：3.1.2keepAliveTime|unit：3.1.3workQueue： 3.1.4ThreadFactory： 3.1.5handler：3.2创建线程池演示：3.3利用线程池的工厂类来创建线程池：3.4线程池的使用演示：四、线程池的实现一、线程池的概念及优势1.1线程池的概念：线程池是一种并发编程的技术，它维护着一组预先创建的线程，以便在需要时重用它们来执行多个任务。这可以提高程序的性能和效率，因为线程的创建和销毁通常是昂贵的操作，通过重用线程，可以减少这种开销。在我们前面已经介绍了线程比进程更加轻量，在频繁创建销毁的时候，线程更有优势。但是随着时代的发展，对于“频繁”有了新的定义（比如之前1万就认为是频繁，但是现在可能1000万才认为是频繁）。即使是线程，在如此频繁的创建和销毁的情况下，开销也变得难以接受。那么要怎么优化呢？答：我们可以通过线程池和协程进行优化。协程这里我们暂且不进行描述，Go语言主打的卖点就是使用协程处理并发编程。线程池的优化我们马上讲到。1.2线程池的优势：•降低资源消耗：减少线程的创建和销毁带来的性能开销。•提高响应速度：当任务来时可以直接使用，不用等待线程创建•可管理性：进行统一的分配，监控，避免大量的线程间因互相抢占系统资源导致的阻塞现象。二、工厂模式在下面即将介绍的线程池参数中，其中有一个参数是工厂类。所以在这里提前给大家解释一下什么是工厂模式。工厂模式：也是一种设计模式，主要解决的问题是构造方法创建对象太坑了的问题。为什么说构造方法创建对象有坑呢？举个栗子：因为在Java的语法中要求构造方法的命名必须是类名且参数类型和个数，排列顺序不能一样。这就导致遇到上面这种案例解决不了。就需要工厂模式，核心思路，不使用构造方法创建对象，给构造方法包装一层。例如下面这段代码：这只是个伪代码，看看思路就行，makePointByXY这样的方法就叫“工厂方法”，这样写代码的套路就叫做“工厂模式”，没有什么特别的。publicclassPoint{publicstaticPointmakePointByXY(doublex,doubley){Pointp=newPoint();p.setX(x);//和setR是有区别的，比如传给的函数不一样p.setY(y);returnp;}publicstaticPointmakePointByRA(doubler,doublea){Pointp=newPoint();p.setR(r);p.setA(a);returnp;}}工厂类的写法如下图： 工厂方法用单独的类来进行提供。如果语法层面上，不强制要求构造方法名字必须和类名一致，就没有上述模式的必要了。三、标准库中的线程池3.1标准库线程池参数解释：ThreadPoolExecutor：使用起来比较复杂，在其构造方法中，包含很多的参数。（面试考点）例如下面这个就是包含全部参数的构造方法，了解这个了，其他的就都会了，下面会围绕这个构造方法参数进行解释。3.1.1corePoolSize|maximumPoolSize：在Java的标准库中线程池把线程分成两类：1.核心线程。2.非核心线程。顾名思义corePoolSize就是核心线程数，maximumPoolSize就是最大线程数（核心线程数+非核心线程数）。这里就涉及到动态扩展的概念，在线程池刚开始就会创建出核心线程数的线程（最小线程数），随着项目的进行，如果添加的任务比较多的话，核心线程数处理不过来了（有很多任务在队列中，排队等待执行），这个时候线程池就会自动的创建出新的线程，来支撑更多的任务。但是，创建出来的线程总数不能超过最大线程数（maximumPoolSize），过了一段时间，任务没有那么多了，线程“清闲下来”这时部分非核心线程就会被释放掉，线程池中会保证线程数目不少于核心线程数。这样就既可以保证任务多的时候的效率，也能保证任务少的时候，系统的开销。到这里就又有了一个问题：在实际开发中，线程数应该设置成多少合适呢？答：只要是具体的数字，答案一定是错误的。我们要根据实验的方式，对程序进行性能测试，测试过程中，设定不同的线程池的数值。最终根据实际程序的响应速度和系统开销，综合权衡，找到一个合适值。这不仅仅和电脑的配置有关（有多个CPU核心），更重要的是，和我们的程序的实际特点有关系。极端情况下可以分为两大类：•CPU 密集型程序：代码完成的逻辑，都是要通过CPU 来完成的.（此时的性能瓶颈是CPU）。此时线程的数量是不应该超过CPU逻辑核心数的。•IO密集型程序：代码大部分时间在等待IO（等待IO是不消耗CPU，不参与调度）。此时瓶颈就不在CPU上，我们更多考虑其他方面（比如网络程序，要考虑网卡宽带的瓶颈）。3.1.2keepAliveTime|unit：•keepAliveTime：表示非核心线程，允许空闲的最大时间。也就是说非核心线程在线程池”不忙“的时候不是马上回收掉。•unit：TimeUnit：这是一个枚举类型。其中的枚举常量有：3.1.3workQueue： 阻塞队列我们上一篇文章已经自己实现过了，这里利用阻塞队列要存储Runnable对象也就是要执行的任务。线程池会提供submit方法，让其他线程把任务提交给线程池。其他线程会submit任务到这个队列中，这个队列存的元素就是Runnable对象，要执行的逻辑就是run方法里面的内容。3.1.4ThreadFactory： ThreadFactory：是标准库中提供的，用来创建线程的工厂类。这个线程工厂，主要是为了批量的给创建的线程设置一些属性， 线程工厂在它的工厂方法中，把线程的属性提前初始化好了。至于什么是工厂类，在上面的工厂模式那里已经解释过了，这里就不再赘述。3.1.5handler：面试官问线程池的参数都是什么意思？其实就是在考我们对于这个参数的理解，前面6 个都是添头。注意：此处Handler不是句柄的意思（句柄的术语也是Handler）。这里可以理解为拒绝策略，如果当前任务队列满了，仍要继续添加任务，咋办呢？直接阻塞其实不太合适。所以这里多了一个拒绝策略的参数。幸运的是，我们Java的大佬已经给我们实现了四种常用的拒绝策略，在ThreadPoolExecutor类的里面，有四种静态内部类，列举如下：对上面四种拒接策略的简单翻译如下： •AbortPolicy()：超过负荷，直接抛出异常。 •CallerRunsPolicy()：调用者负责处理多出来的任务。 •DiscardOldestPolicy()：丢弃队列中最老的任务。 •DiscardPolicy()：丢弃新来的任务。3.2创建线程池演示：这里唯一有些难度的就是拒绝策略的创建，在ThreadPoolExecutor类中有四个内部类实现了RejectedExecutionHandler接口。具体代码如下：简单的编写如下： importjava.util.concurrent.*;publicclassdemo3{publicstaticvoidmain(String[]args){BlockingQueuequeue=newArrayBlockingQueue(5);//阻塞队列ThreadFactoryfactory=newThreadFactory(){//工厂模式@OverridepublicThreadnewThread(Runnabler){returnnewThread(r);//这里就可以对Thread设置一些参数}};RejectedExecutionHandlerhandler=newThreadPoolExecutor.AbortPolicy();//拒绝策略，注意这里是调用ThreadPoolExecutor的静态内部类ThreadPoolExecutorpool=newThreadPoolExecutor(3,6,100,TimeUnit.DAYS,queue,factory,handler);}}3.3利用线程池的工厂类来创建线程池：使用线程池的工厂类来创建线程池的方法一共有6种，其中我们重点理解下面给出的四种即可。工厂类为：Executors，这里产生的线程池为ExecutorService类。具体如下图：可以看到官方提供的创建线程池的工厂方法还是很多的。我们主要理解下面这四个即可。importjava.util.concurrent.Executors;importjava.util.concurrent.ExecutorService;publicclassdemo1{publicstaticvoidmain(String[]args){//能够根据任务数量，自动进行线程扩容的线程池ExecutorServicesevice1=Executors.newCachedThreadPool();//创建固定线程数目的线程池ExecutorServiceservice2=Executors.newFixedThreadPool(4);//创建只包含单个线程的线程池ExecutorServiceservice3=Executors.newSingleThreadExecutor();//创建固定数目的线程个数，但是任务延时执行的线程池ExecutorServiceservice4=Executors.newScheduledThreadPool(4);}}Executors创建线程池的几种方式：•newFixedThreadPool：创建固定线程数的线程池。•newCachedThreadPool：创建线程数目动态增长的线程池。•newSingleThreadExecutor：创建只包含单个线程的线程池。•newScheduledThreadPool：设定延迟时间后执行命令，或者定期执行命令。Executors本质上是ThreadPoolExecutor类的封装。 3.4线程池的使用演示： 我们可以利用submit来进行添加任务（每个都必须实现Runnable接口）。importjava.util.concurrent.*;publicclassdemo1{publicstaticvoidmain(String[]args){ExecutorServiceservice1=Executors.newCachedThreadPool();for(inti=1;iqueue=newLinkedBlockingQueue(1000);privateListthreads=newArrayList();//存储线程publicMyThreadPool(intcoreThreadSize,intmaximumPoolSize)throwsInterruptedException{this.corePoolSize=coreThreadSize;this.maximumPoolSize=maximumPoolSize;for(inti=0;i{while(true){try{Runnabletask=queue.take();task.run();}catch(InterruptedExceptione){thrownewRuntimeException(e);}}});returnt;}//2.阻塞队列//3.submit方法publicvoidsubmit(Runnabletask)throwsInterruptedException{queue.put(task);//如果队列中的元素大于一个阈值，且线程数小于最大线程数时，就可以创建新的线程来帮助，处理队列中的元素if(queue.size()>=50&threads.size()