「Java 路線」| 線程池

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?? Hi，我是丑丑。本文 「Java 路線」| 導(dǎo)讀 —— 他山之石，可以攻玉 已收錄，這里有 Android 進(jìn)階成長路線筆記 & 博客，歡迎跟著彭丑丑一起成長。（聯(lián)系方式在 GitHub）

前言

  • 線程池 是 Java 并發(fā)編程中非常重要的概念，同時(shí)也是面試重點(diǎn)考察的知識(shí)點(diǎn)之一「敲黑板」；
  • 在這篇文章里，我將重點(diǎn)分析 線程池工作機(jī)制 & 注意事項(xiàng)。如果能幫上忙，請(qǐng)務(wù)必點(diǎn)贊加關(guān)注，這真的對(duì)我非常重要。

目錄

1. 前置知識(shí)

這篇文章的內(nèi)容會(huì)涉及以下前置 / 相關(guān)知識(shí)，貼心的我都幫你準(zhǔn)備好了，請(qǐng)享用~

2. 線程池概述

2.1 為什么要使用線程池？

  • 1、降低資源消耗： 線程是稀缺資源，如果無限制 / 重復(fù)創(chuàng)建，會(huì)消耗系統(tǒng)資源；

  • 2、提高響應(yīng)速度： 通過復(fù)用線程來執(zhí)行任務(wù)，可以縮短創(chuàng)建和銷毀線程的時(shí)間；

  • 3、提高線程的可管理性： 使用線程池可以對(duì)線程進(jìn)行統(tǒng)一分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。

2.2 線程池如何實(shí)現(xiàn)線程復(fù)用？

線程執(zhí)行完任務(wù)之后，調(diào)用阻塞隊(duì)列BlockingQueue#take()出隊(duì)操作，當(dāng)阻塞隊(duì)列非空時(shí)，則繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)；當(dāng)阻塞隊(duì)列為空時(shí)，則當(dāng)前隊(duì)列阻塞。

2.3 提交任務(wù)

向線程池提交任務(wù)可以使用 execute() & submit()，區(qū)別如下：

  • execute()： 用于不需要返回值的任務(wù)，無法感知任務(wù)執(zhí)行完成；

  • submit()： 用于需要返回值的任務(wù)，通過返回值 Future 可以獲得返回值，如果任務(wù)未執(zhí)行完成，調(diào)用Futrue#get(...) 會(huì)阻塞當(dāng)前線程。

2.4 關(guān)閉線程池

shutdown() / shutdownNow()

線程中斷協(xié)作機(jī)制

2.5 阿里巴巴編程規(guī)范

根據(jù)《阿里巴巴 Java 開發(fā)手冊(cè)》，線程池不允許使用 Executors 去創(chuàng)建，而是通過 ThreadPoolExecutor 的方式，這樣的處理方式讓寫的同學(xué)更加明確線程池的運(yùn)行規(guī)則，規(guī)避資源耗盡的風(fēng)險(xiǎn)。

3. 線程池相關(guān)類

Executor
ExecutorService
AbstractExecutorService
ThreadPoolExecutor
ScheduledExecutorService
ScheduledThreadPoolExecutor

4. 線程池參數(shù)

ThreadPoolExecutor.java

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    ...
}
參數(shù) 描述
1、int corePoolSize 核心線程數(shù)
2、int maximunPoolSize 最大線程數(shù)
3、long keepAliveTime 線程空閑最大存活時(shí)間
4、BlockingQueue workQueue 阻塞隊(duì)列
5、ThreadFactory threadFactory 線程工廠
6、RejectedExecutionHandler handler 拒絕策略

4.1 int corePoolSize（核心線程數(shù)）

如果當(dāng)前線程數(shù)等于 corePoolSize，繼續(xù)提交任務(wù)將進(jìn)入阻塞隊(duì)列中等待。調(diào)用 prestartAllCoreThreads() 可以提前啟動(dòng)所有核心線程；

4.2 int maximunPoolSize（最大線程數(shù)）

如果阻塞隊(duì)列滿，繼續(xù)提交任務(wù)將創(chuàng)建新線程，最多可以存在 maximunPoolSize 個(gè)線程；

4.3 long keepAliveTime（線程空閑最大存活時(shí)間）

在線程池空閑時(shí)線程繼續(xù)存活的時(shí)間。注意：keepAliveTime 只有線程數(shù)大于 corePoolSize 才有效；

4.4 BlockingQueue（阻塞隊(duì)列）

如果當(dāng)前線程數(shù)等于 corePoolSize，繼續(xù)提交任務(wù)將進(jìn)入阻塞隊(duì)列中等待。線程池中的阻塞隊(duì)列應(yīng)盡量使用有界隊(duì)列，使用無界隊(duì)列會(huì)導(dǎo)致影響線程池的工作機(jī)制，原因：

  • 1、使用無界隊(duì)列，意味著阻塞隊(duì)列永遠(yuǎn)不會(huì)占滿，maximunPoolSize 和 keepAliveTime 是無效的；
  • 2、無界隊(duì)列有可能造成系統(tǒng)資源耗盡，同時(shí)即使使用有界隊(duì)列，也要盡量控制在合理范圍內(nèi)。

4.5 ThreadFactory threadFactory（線程工廠）

用于獲取 Thread 對(duì)象的實(shí)例，Executors 中默認(rèn)的線程工廠的線程命名規(guī)則為：pool-「線程池計(jì)數(shù)」-thread-「線程計(jì)數(shù)」

Executors.java

namePrefix = "pool-" + poolNumber.getAndIncrement() +  "-thread-";
Thread t = new Thread(group, r, namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(), 0);

4.6 RejectedExecutionHandler（拒絕策略 ）

如果阻塞隊(duì)列滿，且線程數(shù)到達(dá)最大值 maximunPoolSize，繼續(xù)提交任務(wù)則會(huì)觸發(fā)拒絕策略 RejectedExecutionHandler#rejectedExecution(...)：

public interface RejectedExecutionHandler {
    void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
}

線程池提供了以下 4 種拒絕策略：

拒絕策略 描述
AbortPolicy 拋出 RejectedExecutionException 異常（默認(rèn)）
CallerRunsPolicy 直接在調(diào)用線程執(zhí)行
DiscardOldestPolicy 丟棄阻塞隊(duì)列中隊(duì)首的任務(wù)
DiscardPolicy 直接丟棄當(dāng)前任務(wù)

5. 線程池工作機(jī)制

線程池的工作機(jī)制指的是向線程池提交任務(wù)時(shí)，線程池內(nèi)部對(duì)任務(wù)的調(diào)度流程。這部分內(nèi)容是線程池最核心的內(nèi)容，也是面試重點(diǎn)。

  • 1、如果當(dāng)前運(yùn)行的線程少于 corePoolSize，則「創(chuàng)建新的線程」來執(zhí)行任務(wù)（注意，執(zhí)行這一步驟需要獲取全局鎖）；
  • 2、如果運(yùn)行的線程等于或多于 corePoolSize，則將任務(wù)「加入 BlockingQueue」；
  • 3、如果 BlockingQueue 已滿，則「創(chuàng)建新的線程」來處理任務(wù)；
  • 4、如果創(chuàng)建新線程將使當(dāng)前運(yùn)行的線程超出 maximumPoolSize，將「觸發(fā)拒絕策略」并調(diào)用RejectedExecutionHandler#rejectedExecution()方法。

為什么先將任務(wù)加入阻塞隊(duì)列，而不是線程池滿了再加入阻塞隊(duì)列？
Editting...

6. 如何合理配置線程池？

線程池的配置需要根據(jù)「任務(wù)特性」選擇不同的任務(wù)配置，因地制宜。主要從以下角度分析：

6.1 性質(zhì)

  • 任務(wù)的性質(zhì)分為：CPU 密集型、IO 密集型和混合型。

  • 對(duì)于 CPU 密集型任務(wù)，CPU 負(fù)載已經(jīng)非常高了，應(yīng)配置盡可能小的線程，經(jīng)驗(yàn)值為 Ncpu + 1（調(diào)用 Runtime.getRuntime().availableProcessors() 獲得可用的核心數(shù)。）；

  • 對(duì)于 IO 密集型任務(wù)（如 磁盤 / 網(wǎng)絡(luò) IO），磁盤或網(wǎng)絡(luò)的讀取速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 CPU 執(zhí)行速度的，為了避免 CPU 出現(xiàn)空閑，應(yīng)配置較多的線程，經(jīng)驗(yàn)值為 Ncpu * 2；

  • 對(duì)于混合型任務(wù)，則將其拆分為一個(gè) CPU 密集型任務(wù)和 IO 密集型任務(wù)，分別到上述兩種線程池執(zhí)行。需要注意的是，如果兩種拆分的兩個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間相差太大，則應(yīng)該視為一種非混合型任務(wù)。

為什么 CPU 密集型線程池經(jīng)驗(yàn)值為 Ncpu + 1？

在操作系統(tǒng)中，會(huì)將磁盤的一部分空間劃分為虛擬內(nèi)存（讀寫速度慢），當(dāng) CPU 需要訪問的數(shù)據(jù)在虛擬內(nèi)存上時(shí)，當(dāng)前線程就進(jìn)入了 “頁缺失” 狀態(tài)，需要等待數(shù)據(jù)從磁盤調(diào)度到真實(shí)內(nèi)存才會(huì)喚醒。為了防止出現(xiàn) “頁缺失” 時(shí)，CPU 空閑出來，保證任意時(shí)刻 CPU 都不會(huì)空閑，可以選擇 + 1；

6.2 優(yōu)先級(jí)

需要區(qū)分任務(wù)優(yōu)先級(jí)，則使用 PriorityBlockingQueue；

6.3 執(zhí)行耗時(shí)

執(zhí)行時(shí)間不同的任務(wù)可以交給不同規(guī)模的線程池來處理，或者可以使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，讓執(zhí)行時(shí)間短的任務(wù)先執(zhí)行；

6.4 建議使用有界隊(duì)列

無界隊(duì)列沒有限制隊(duì)列元素個(gè)數(shù)，有可能有造成資源耗盡。

7. 總結(jié)

創(chuàng)作不易，你的「三連」是丑丑最大的動(dòng)力，我們下次見！

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