線程池

為什么要學(xué)線程池

Android里面，耗時(shí)的網(wǎng)絡(luò)操作，都會(huì)開子線程，在程序里面直接開過多的線程會(huì)消耗過多的資源，在眾多的開源框架中也總能看到線程池的蹤影，所以線程池是必須要會(huì)把握的一個(gè)知識(shí)點(diǎn);

線程運(yùn)行機(jī)制(了解)

  • 開啟線程過多，會(huì)消耗cpu資源
  • 單核cpu，同一時(shí)刻只能處理一個(gè)線程，多核cpu同一時(shí)刻可以處理多個(gè)線程
  • 操作系統(tǒng)為每個(gè)運(yùn)行線程安排一定的CPU時(shí)間----時(shí)間片，系統(tǒng)通過一種循環(huán)的方式為線程提供時(shí)間片，線程在自己的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，因?yàn)闀r(shí)間相當(dāng)短，多個(gè)線程頻繁地發(fā)生切換，因此給用戶的感覺就是好像多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行一樣，但是如果計(jì)算機(jī)有多個(gè)CPU，線程就能真正意義上的同時(shí)運(yùn)行了.

線程池的作用

  • 線程池是預(yù)先創(chuàng)建線程的一種技術(shù)。線程池在還沒有任務(wù)到來之前，創(chuàng)建一定數(shù)量的線程，放入空閑隊(duì)列中，然后對(duì)這些資源進(jìn)行復(fù)用。減少頻繁的創(chuàng)建和銷毀對(duì)象.
  • 頻繁創(chuàng)建和銷毀線程耗資源，耗時(shí)間
  • 因?yàn)橛械木€程執(zhí)行時(shí)間比創(chuàng)建和銷毀一個(gè)線程的時(shí)間還短

線程池涉及的類(3個(gè)接口,3個(gè)普通類)

  • Executor:Java里面線程池的頂級(jí)接口。
  • ExecutorService:真正的線程池接口。
  • ScheduledExecutorService:能和Timer/TimerTask類似，解決那些需要任務(wù)重復(fù)執(zhí)行的問題。
  • ThreadPoolExecutor(重點(diǎn)):ExecutorService的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。
  • ScheduledThreadPoolExecutor:繼承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口實(shí)現(xiàn)，周期性任務(wù)調(diào)度的類實(shí)現(xiàn)。
  • Executors:可以一行代碼創(chuàng)建一些常見的線程池。

Executors介紹（把握使用，把握常見線程池）

Executors:jdk1.5之后的一個(gè)新類，提供了一些靜態(tài)方法，幫助我們方便的生成一些常用的線程池，ThreadPoolExecutor是Executors類的底層實(shí)現(xiàn)

1.new SingleThreadExecutor

創(chuàng)建一個(gè)單線程的線程池。這個(gè)線程池只有一個(gè)線程在工作，也就是相當(dāng)于單線程串行執(zhí)行>所有任務(wù)。如果這個(gè)唯一的線程因?yàn)楫惓＝Y(jié)束，那么會(huì)有一個(gè)新的線程來替代它。此線程池>保證所有任務(wù)的執(zhí)行順序按照任務(wù)的提交順序執(zhí)行。

2.new FixedThreadPool

創(chuàng)建固定大小的線程池。每次提交一個(gè)任務(wù)就創(chuàng)建一個(gè)線程，直到線程達(dá)到線程池的最大大小。線程池的大小一旦達(dá)到最大值就會(huì)保持不變，如果某個(gè)線程因?yàn)閳?zhí)行異常而結(jié)束，那么線程池會(huì)補(bǔ)充一個(gè)新線程。

3.new CachedThreadPool

創(chuàng)建一個(gè)可緩存的線程池。如果線程池的大小超過了處理任務(wù)所需要的線程，
那么就會(huì)回收部分空閑（60秒不執(zhí)行任務(wù)）的線程，當(dāng)任務(wù)數(shù)增加時(shí)，此線程池又可以智能的添加新線程來處理任務(wù)。此線程池不會(huì)對(duì)線程池大小做限制，線程池大小完全依賴于操作系統(tǒng)（或者說JVM）能夠創(chuàng)建的最大線程大小。

4.new ScheduledThreadPool

創(chuàng)建一個(gè)大小無限的線程池。此線程池支持定時(shí)以及周期性執(zhí)行任務(wù)的需求。

ThreadPoolExecutor介紹

//構(gòu)造方法
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize，//核心池的大小
                              int maximumPoolSize，//線程池最大線程數(shù)
                              long keepAliveTime，//保持時(shí)間/額外線程的存活時(shí)間
                              TimeUnit unit，//時(shí)間單位
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue，//任務(wù)隊(duì)列
                              ThreadFactory threadFactory，//線程工廠
                              RejectedExecutionHandler handler) //異常的捕捉器

構(gòu)造相關(guān)參數(shù)解釋

  • corePoolSize：核心池的大小，這個(gè)參數(shù)跟后面講述的線程池的實(shí)現(xiàn)原理有非常大的關(guān)系。在創(chuàng)建了線程池后，默認(rèn)情況下，線程池中并沒有任何線程，而是等待有任務(wù)到來才創(chuàng)建線程去執(zhí)行任務(wù)，除非調(diào)用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，從這2個(gè)方法的名字就可以看出，是預(yù)創(chuàng)建線程的意思，即在沒有任務(wù)到來之前就創(chuàng)建corePoolSize個(gè)線程或者一個(gè)線程。默認(rèn)情況下，在創(chuàng)建了線程池后，線程池中的線程數(shù)為0，當(dāng)有任務(wù)來之后，就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程去執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)線程池中的線程數(shù)目達(dá)到corePoolSize后，就會(huì)把到達(dá)的任務(wù)放到緩存隊(duì)列當(dāng)中；

  • maximumPoolSize：線程池最大線程數(shù)，這個(gè)參數(shù)也是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它表示在線程池中最多能創(chuàng)建多少個(gè)線程；* keepAliveTime：表示線程沒有任務(wù)執(zhí)行時(shí)最多保持多久時(shí)間會(huì)終止。默認(rèn)情況下，只有當(dāng)線程池中的線程數(shù)大于corePoolSize時(shí)，keepAliveTime才會(huì)起作用，直到線程池中的線程數(shù)不大于corePoolSize，即當(dāng)線程池中的線程數(shù)大于corePoolSize時(shí)，如果一個(gè)線程空閑的時(shí)間達(dá)到keepAliveTime，則會(huì)終止，直到線程池中的線程數(shù)不超過corePoolSize。但是如果調(diào)用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在線程池中的線程數(shù)不大于corePoolSize時(shí)，keepAliveTime參數(shù)也會(huì)起作用，直到線程池中的線程數(shù)為0；

  • unit：參數(shù)keepAliveTime的時(shí)間單位，有7種取值

      TimeUnit.DAYS;               //天
  TimeUnit.HOURS;             //小時(shí)
  TimeUnit.MINUTES;           //分鐘
  TimeUnit.SECONDS;           //秒
  TimeUnit.MILLISECONDS;      //毫秒
  TimeUnit.MICROSECONDS;      //微妙
  TimeUnit.NANOSECONDS;       //納秒

  • workQueue ： 任務(wù)隊(duì)列，是一個(gè)阻塞隊(duì)列，用來存儲(chǔ)等待執(zhí)行的任務(wù)，這個(gè)參數(shù)的選擇也很重要，會(huì)對(duì)線程池的運(yùn)行過程產(chǎn)生重大影響，參考BlockingQueue

      ArrayBlockingQueue;
  LinkedBlockingQueue;
  SynchronousQueue;*  threadFactory : `線程工廠`，如何去創(chuàng)建線程的*  handler ： 任務(wù)隊(duì)列添加`異常的捕捉器`，參考 RejectedExecutionHandler

  ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務(wù)并拋出RejectedExecutionException異常。 
  ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務(wù)，但是不拋出異常。 
  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）
  ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由調(diào)用線程處理該任務(wù)

基礎(chǔ)API的介紹

  • isShutdown() ： 判斷線程池是否關(guān)閉
  • isTerminated() : 判斷線程池中任務(wù)是否執(zhí)行完成
  • shutdown() : 調(diào)用后不再接收新任務(wù)，如果里面有任務(wù)，就執(zhí)行完
  • shutdownNow() : 調(diào)用后不再接受新任務(wù)，如果有等待任務(wù)，移出隊(duì)列；有正在執(zhí)行的，嘗試停止之
  • submit() : 提交執(zhí)行任務(wù)
  • execute() : 執(zhí)行任務(wù)

任務(wù)提交給線程池之后的處理策略

  1. 如果當(dāng)前線程池中的線程數(shù)目小于corePoolSize，則每來一個(gè)任務(wù)，就會(huì)創(chuàng)建執(zhí)行這個(gè)任務(wù)；
    task1.png

  2. 如果當(dāng)前線程池中的線程數(shù)目>=corePoolSize，則每來一個(gè)任務(wù)，會(huì)嘗試將其添加到任務(wù)緩存隊(duì)列當(dāng)中
    (1)若添加成功，則該任務(wù)會(huì)等待空閑線程將其取出去執(zhí)行；


    task2.png

(2)若添加失?。ㄒ话銇碚f是任務(wù)緩存隊(duì)列已滿，針對(duì)的是有界隊(duì)列），則會(huì)嘗試創(chuàng)建新的線程去執(zhí)行這個(gè)任務(wù)；


task3.png

  1. 如果當(dāng)前線程池中的線程數(shù)目達(dá)到maximumPoolSize，則會(huì)采取任務(wù)拒絕策略進(jìn)行處理；


    task4.png

  2. 如果線程池中的線程數(shù)量大于 corePoolSize時(shí)，如果某線程空閑時(shí)間超過keepAliveTime，線程將被終止，直至線程池中的線程數(shù)目不大于corePoolSize；如果允許為核心池中的線程設(shè)置存活時(shí)間，那么核心池中的線程空閑時(shí)間超過keepAliveTime，線程也會(huì)被終止。

任務(wù)提交給線程池之后的處理策略比喻

假如有一個(gè)工廠，工廠里面有10(corePoolSize)個(gè)工人，每個(gè)工人同時(shí)只能做一件任務(wù)。

因此只要當(dāng)10個(gè)工人中有工人是空閑的，來了任務(wù)就分配給空閑的工人做；

當(dāng)10個(gè)工人都有任務(wù)在做時(shí)，如果還來了任務(wù)，就把任務(wù)進(jìn)行排隊(duì)等待(任務(wù)隊(duì)列)；

如果說新任務(wù)數(shù)目增長的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工人做任務(wù)的速度，那么此時(shí)工廠主管可能會(huì)想補(bǔ)救措施，比如重新招4個(gè)臨時(shí)工人(創(chuàng)建新線程)進(jìn)來；然后就將任務(wù)也分配給這4個(gè)臨時(shí)工人做；

如果說著14個(gè)工人做任務(wù)的速度還是不夠，此時(shí)工廠主管可能就要考慮不再接收新的任務(wù)或者拋棄前面的一些任務(wù)了(拒絕執(zhí)行)。

當(dāng)這14個(gè)工人當(dāng)中有人空閑時(shí)，而且空閑超過一定時(shí)間(空閑時(shí)間)，新任務(wù)增長的速度又比較緩慢，工廠主管可能就考慮辭掉4個(gè)臨時(shí)工了，只保持原來的10個(gè)工人，畢竟請額外的工人是要花錢的

阻塞隊(duì)列的介紹（BlockingQueue）

阻塞隊(duì)列，如果BlockingQueue是空的，從BlockingQueue取東西的操作將會(huì)被阻斷進(jìn)入等待狀態(tài)，直到BlockingQueue進(jìn)了東西才會(huì)被喚醒，同樣，如果BlockingQueue是滿的，任何試圖往里存東西的操作也會(huì)被阻斷進(jìn)入等待狀態(tài)，直到BlockingQueue里有空間時(shí)才會(huì)被喚醒繼續(xù)操作。

  1. 基礎(chǔ)API介紹

  • 往隊(duì)列中加元素的方法
    add(E) : 非阻塞方法， 把元素加到BlockingQueue里，如果BlockingQueue可以容納，則返回true，否則拋出異常。
    offer(E) : 非阻塞， 表示如果可能的話，將元素加到BlockingQueue里，即如果BlockingQueue可以容納，則返回true，否則返回false。
    put(E)：阻塞方法， 把元素加到BlockingQueue里，如果BlockingQueue沒有空間，則調(diào)用此方法的線程被阻斷直到BlockingQueue里有空間再繼續(xù)。

  • 從隊(duì)列中取元素的方法
    poll(time)： 阻塞方法，取走BlockingQueue里排在首位的元素，若不能立即取出，則可以等time參數(shù)規(guī)定的時(shí)間，取不到時(shí)返回null。
    take()：取走BlockingQueue里排在首位的對(duì)象，若BlockingQueue為空，阻斷進(jìn)入等待狀態(tài)直到BlockingQueue有新的對(duì)象被加入為止。

  1. 子類介紹

  • ArrayBlockingQueue(有界隊(duì)列)： FIFO 隊(duì)列，規(guī)定大小的BlockingQueue，其構(gòu)造函數(shù)必須帶一個(gè)int參數(shù)來指明其大小

  • LinkedBlockingQueue(無界隊(duì)列)：FIFO 隊(duì)列，大小不定的BlockingQueue，若其構(gòu)造函數(shù)帶一個(gè)規(guī)定大小的參數(shù)，生成的BlockingQueue有大小限制，若不帶大小參數(shù)，所生成的BlockingQueue的大小由Integer.MAX*VALUE來決定。

  • PriorityBlockingQueue：優(yōu)先級(jí)隊(duì)列， 類似于LinkedBlockingQueue，但隊(duì)列中元素非 FIFO， 依據(jù)對(duì)象的自然排序順序或者是構(gòu)造函數(shù)所帶的Comparator決定的順序

  • SynchronousQueue(直接提交策略): 交替隊(duì)列，隊(duì)列中操作時(shí)必須是先放進(jìn)去，接著取出來，交替著去處理元素的添加和移除，這是一個(gè)很有意思的阻塞隊(duì)列，其中每個(gè)插入操作必須等待另一個(gè)線程的移除操作，同樣任何一個(gè)移除操作都等待另一個(gè)線程的插入操作。因此此隊(duì)列內(nèi)部其 實(shí)沒有任何一個(gè)元素，或者說容量是0，嚴(yán)格說并不是一種容器。由于隊(duì)列沒有容量，因此不能調(diào)用peek操作，因?yàn)橹挥幸瞥貢r(shí)才有元素。

RejectedExecutionHandler介紹

實(shí)現(xiàn)的子類介紹

  • ThreadPoolExecutor.AbortPolicy

    當(dāng)添加任務(wù)出錯(cuò)時(shí)的策略捕獲器，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，則直接拋出異常

  • ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy

    當(dāng)添加任務(wù)出錯(cuò)時(shí)的策略捕獲器，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，直接執(zhí)行加入的任務(wù)

  • ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy

    當(dāng)添加任務(wù)出錯(cuò)時(shí)的策略捕獲器，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，移除第一個(gè)任務(wù)，執(zhí)行加入的任務(wù)*

new ThreadPoolExecutor(5,//核心線程數(shù)量,核心池的大小
                20,//線程池最大線程數(shù)
                30,//表示線程沒有任務(wù)執(zhí)行時(shí)最多保持多久時(shí)間會(huì)終止
                TimeUnit.SECONDS,//時(shí)間單位
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),//任務(wù)隊(duì)列,用來存儲(chǔ)等待執(zhí)行的任務(wù)
                Executors.defaultThreadFactory(),//線程工廠,如何去創(chuàng)建線程的
                new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());//異常的捕捉器
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