java并发编程--线程池初步

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服务器应用程序经常需要处理执行时间很短而数目巨大的请求, 如果为每一个请求创建一个新的线程, 会导致一些问题的出现, 如:

1. 性能瓶颈. 线程的创建和销毁需要执行大量的后台操作, 如果单个请求的执行时间很短, 有可能花在创建和销毁线程上的时间大于真正执行请求的时间.

2. 可能会导致资源不足. 大量的并发请求意味着需要创建大量的线程, 过多的线程存在会吞噬大量的系统资源, 而且CPU需要在这些线程间不断切换, 这可能引发"切换过度"的问题.

为了适应上述场合, java在JDK1.5中引入了线程池的概念. 线程池中存放着一定数量的已创建好的线程, 当一个请求到来时, 只需从线程池中取出一个线程来执行请求, 请求完成后再将线程归还给线程池. 同时, 我们可以为线程池指定最大的线程数量, 当池中所有线程都处于活动状态下, 新的任务会排队等候, 直到之前的某个任务处理完成后, 新的任务才能得到处理.  

 

创建线程池. java.util.concurrent.Executors类提供了多个静态方法用于创建线程池.

|--public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads): 创建一个可重用的固定线程数的线程池. 如果池中所有的nThreads个线程都处于活动状态时提交任务(任务通常是Runnable或Callable对象), 任务将在队列中等待, 直到池中出现可用线程.

|--public static ExecutorService newCachedThreadPool(): 调用此方法创建的线程池可根据需要自动调整池中线程的数量. 执行任务时将重用存在先前创建的线程(如果池中存在可用线程的话). 如果池中没有可用线程, 将创建一个新的线程, 并将其添加到池中. 池中的线程超过60秒未被使用就会被销毁, 因此长时间保持空闲的CachedThreadPool不会消耗额外的资源.

|--public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(): 创建一个单线程的Executor. 这个Executor保证按照任务提交的顺序依次执行任务.

|--public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize): 创建一个可重用的固定线程数的线程池. ScheduledExecutorService是ExecutorService的子接口, 调用ScheduledExecutorService的相关方法, 可以延迟或定期执行任务.

以上静态方法均使用默认的ThreadFactory(即Executors.defaultThreadFactory()方法的返回值)创建线程, 如果想要指定ThreadFactory, 可调用他们的重载方法.通过指定ThreadFactory, 可以定制新建线程的名称, 线程组, 优先级, 守护线程状态等.

如果Executors提供的创建线程池的方法无法满足要求, 可以使用ThreadPoolExecutor类创建线程池.

 

提交任务. 所有的线程池都是ExecutorService及其子类的对象, 因此, 可以调用ExecutorService的相关方法提交任务.

|--void execute(Runnable command): 使用池中已存在的线程或新建一个线程执行command. 

 

public class ExecutorsDemo {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("----------------FixedThreadPool---------------------");
        ExecutorService fixedPool = getFixedThreadPool();
        executeThread(fixedPool);

        // 为了避免混淆, 需要等待executeThread(fixedPool)执行完成
        Thread.sleep(3000);

        System.out.println("----------------CashedThreadPool---------------------");
        ExecutorService cashedPool = getCashedThreadPool();
        executeThread(cashedPool);

        // 为了避免混淆, 需要等待executeThread(cashedPool)执行完成
        Thread.sleep(3000);

        System.out.println("----------------SingleThreadExecutor---------------------");
        ExecutorService singleExecutor = getSingleThreadExecutor();
        executeThread(singleExecutor);

    }

    // 只存在一个线程的线程池
    private static ExecutorService getSingleThreadExecutor() {
        return Executors.newSingleThreadExecutor();
    }

    // 创建一个根据需要自动调整大小的线程池
    private static ExecutorService getCashedThreadPool() {
        return Executors.newCachedThreadPool();
    }

    // 创建一个可重用的固定线程数的线程池
    private static ExecutorService getFixedThreadPool() {
        return Executors.newFixedThreadPool(2);
    }

    private static void executeThread(ExecutorService pool) {
        Thread t1 = new MyThread();
        Thread t2 = new MyThread();
        Thread t3 = new MyThread();
        Thread t4 = new MyThread();
        // 将Tread放入线程池中执行
        // MyThread类继承自Thread, 而Thread类实现了Runnable接口
        pool.execute(t1);
        pool.execute(t2);
        pool.execute(t3);
        pool.execute(t4);
        // 关闭线程池
        pool.shutdown();
    }

    private static final class MyThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            super.run();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": is running!");
        }
    }
}

public class ExecutorsDemo {
	
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		System.out.println("----------------FixedThreadPool---------------------");
		ExecutorService fixedPool = getFixedThreadPool();
		executeThread(fixedPool);
		
		// 为了避免混淆, 需要等待executeThread(fixedPool)执行完成
		Thread.sleep(3000);
		
		System.out.println("----------------CashedThreadPool---------------------");
		ExecutorService cashedPool = getCashedThreadPool();
		executeThread(cashedPool);
		
		// 为了避免混淆, 需要等待executeThread(cashedPool)执行完成
		Thread.sleep(3000);
		
		System.out.println("----------------SingleThreadExecutor---------------------");
		ExecutorService singleExecutor = getSingleThreadExecutor();
		executeThread(singleExecutor);
		
	}
	
	// 只存在一个线程的线程池
	private static ExecutorService getSingleThreadExecutor() {
		return Executors.newSingleThreadExecutor();
	}

	// 创建一个根据需要自动调整大小的线程池
	private static ExecutorService getCashedThreadPool() {
		return Executors.newCachedThreadPool();
	}

	// 创建一个可重用的固定线程数的线程池
	private static ExecutorService getFixedThreadPool() {
		return Executors.newFixedThreadPool(2);
	}
	
	private static void executeThread(ExecutorService pool) {
		Thread t1 = new MyThread();
		Thread t2 = new MyThread();
		Thread t3 = new MyThread();
		Thread t4 = new MyThread();
		// 将Tread放入线程池中执行
		// MyThread类继承自Thread, 而Thread类实现了Runnable接口
		pool.execute(t1);
		pool.execute(t2);
		pool.execute(t3);
		pool.execute(t4);
		// 关闭线程池
		pool.shutdown();
	}
	
	private static final class MyThread extends Thread {
		@Override
		public void run() {
			super.run();
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": is running!");
		}
	}
}

 

程序的输出为:

 

----------------FixedThreadPool---------------------

pool-1-thread-1: is running!

pool-1-thread-2: is running!

pool-1-thread-2: is running!

pool-1-thread-1: is running!

----------------CashedThreadPool---------------------

pool-2-thread-1: is running!

pool-2-thread-2: is running!

pool-2-thread-4: is running!

pool-2-thread-3: is running!

----------------SingleThreadExecutor---------------------

pool-3-thread-1: is running!

pool-3-thread-1: is running!

pool-3-thread-1: is running!

pool-3-thread-1: is running!

 

 

|--Future<T> submit(Callable<T> task): 使用池中已存在的线程或新建一个线程执行task, 与execute()方法不同的是, 该方法会返回线程的执行结果. submit方法接受一个Callable<T>对象, Callable<T>接口是一个泛型接口, 实现Callable<T>接口需要重写其中的call()方法, call()方法将返回一个T对象. submit方法的返回值是Future<T>对象, 调用该对象的get()可以获得call()方法的返回值.

 

public class FutureDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

        Future<Integer> intFuture = pool.submit(new IntegerCallable());
                // get()方法将阻塞主线程, 直到IntegerCallable线程的call()运行结束并返回结果时为止.
        Integer returnInt = intFuture.get();
        System.out.println("返回值为" + returnInt);

        Future<Boolean> boolFuture = pool.submit(new BooleanCallable());
        Boolean returnBool = boolFuture.get();
        System.out.println("返回值为" + returnBool);

        pool.shutdown();
    }

    private final static class IntegerCallable implements Callable<Integer> {
        // call()方法的返回值类型由泛型决定
        @Override
        public Integer call() throws Exception {
            return 2;
        }
    }

    private final static class BooleanCallable implements Callable<Boolean> {
        @Override
        public Boolean call() throws Exception {
            return true;
        }
    }
}

public class FutureDemo {
	public static void main(String[] args) throws Exception {
		ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
		
		Future<Integer> intFuture = pool.submit(new IntegerCallable());
                // get()方法将阻塞主线程, 直到IntegerCallable线程的call()运行结束并返回结果时为止.
		Integer returnInt = intFuture.get();
		System.out.println("返回值为" + returnInt);
		
		Future<Boolean> boolFuture = pool.submit(new BooleanCallable());
		Boolean returnBool = boolFuture.get();
		System.out.println("返回值为" + returnBool);
		
		pool.shutdown();
	}
	
	private final static class IntegerCallable implements Callable<Integer> {
		// call()方法的返回值类型由泛型决定  
		@Override
		public Integer call() throws Exception {
			return 2;
		}
	}
	
	private final static class BooleanCallable implements Callable<Boolean> {
		@Override
		public Boolean call() throws Exception {
			return true;
		}
	}
}

 

程序的输出结果为:

返回值为2

返回值为true

|--List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks): 批量执行多个任务.

 

Future类. 如果需要获取线程的执行结果, 那么就会使用到Future. Future对象是一个指向异步执行结果的引用, 由于线程的异步特性, Future对象在其创建之初可能并不可用, 比如线程的call()方法尚未完成时. 可以调用Future对象的isDone()方法判断线程结果是否已经可用, 在线程结果返回之前调用Future对象的get()方法, 将导致阻塞.

 

关闭线程池. 使用完线程池后需要关闭它, 否则程序可能一直处于运行状态. ExecutorService提供了2个方法用于关闭线程池:

|--void shutdown(): 关闭线程池, 不再接受新任务. 如果存在正在执行的任务, 则等待任务执行完成.

|--List<Runnable> shutdownNow(): 关闭线程池, 不再接受新任务. 尽力尝试停止正在执行的任务, 并返回正在等待的任务列表.

|--boolean isShutdown(): 判断线程池是否已经关闭.