线程池ThreadPoolExecutor

几个线程池中阻塞队列应用例子

ScheduledThreadPoolExecutor实现原理

 

线程池还具有提高系统性能的优点，因为创建线程和清除线程的开销比较大。 

有两种不同类型的线程池：一是固定线程数量的线程池；二是可变数量的线程池。 

 

对于固定数量的线程池，可以使用Executors的静态方法 newFixedThreadPool 来创建 ExecutorService；或者利用 newSingleThreadPool来创建。 

      而 ExecutorService 实现了 Executor 接口，这个接口中有一个方法：Execute(Runnable command)，也就是执行线程。 

      对于固定数量的线程池而言，如果需要执行的线程数量多于构造的数量，那么只能并发构造时的数量，剩下的线程就进入线程池的等待队列。 

      如果不需要使用该线程池了，则使用 ExecutorService 中的 shutDown 方法，此时，该线程池就不会接受执行新的线程任务了。

 

对于可变数量的线程池，可用Executors的静态方法 newCachedThreadPool 来创建 ExecutorService，该线程池的大小是不定的，当执行任务时，会先选取缓存中的空闲线程来执行，如果没有空闲线程，则创建一个新的线程，而如果空闲线程的空闲状态超过60秒，则线程池删除该线程。

 

还有一种线程池：延迟线程池 

该线程池的创建有两个方法： Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize);

                                        Executors.newSingleScheduledExecutor(); 

创建之后，会获得一个 ScheduledExecutorService。 

该对象的一个重要的方法就是： schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)

 该方法返回了一个 ScheduledFuture。

 

public interface Executor {

    void execute(Runnable command);
}

  

 API

JDK1.5中加入了许多对并发特性的支持，例如：线程池。

一、简介
线程池类为 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，常用构造方法为：

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,long keepAliveTime, TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler)

 

corePoolSize：        线程池维护线程的最少数量 （core : 核心）
maximumPoolSize：线程池维护线程的最大数量
keepAliveTime：     线程池维护线程所允许的空闲时间
unit：           线程池维护线程所允许的空闲时间的单位
workQueue： 线程池所使用的缓冲队列
handler：      线程池对拒绝任务的处理策略

一个任务通过 execute(Runnable)方法被添加到线程池，任务就是一个 Runnable类型的对象，任务的执行方法就是 Runnable类型对象的run()方法。

当一个任务通过execute(Runnable)方法欲添加到线程池时：

如果线程池中运行的线程 小于corePoolSize ，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要 创建新的线程 来处理被添加的任务。

如果线程池中运行的线程大于等于corePoolSize，但是缓冲队列 workQueue未满 ，那么任务被放入缓冲队列 。

如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满(即无法将请求加入队列 )，并且线程池中的数量小于maximumPoolSize，建新的线程 来处理被添加的任务。

如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量等于maximumPoolSize ，那么通过 handler 所指定的策略来处理此任务。
当线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止 。这样，线程池可以动态的调整池中的线程数。

 

也就是：处理任务的优先级为：
corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize，如果三者都满了，使用handler处理被拒绝的任务。

unit可选的参数为java.util.concurrent.TimeUnit中的几个静态属性：
NANOSECONDS、MICROSECONDS、MILLISECONDS、SECONDS。

workQueue常用的是：
       java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue

handler有四个选择：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
      //抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException异常
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
     //重试添加当前的任务，他会自动重复调用execute()方法
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
     //抛弃旧的任务
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()
    // 抛弃当前的任务

一个例子： 

package test;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class TestThreadPool {

	private static int produceTaskSleepTime = 2;
	private static int produceTaskMaxNumber = 10;

	/**
	 * 线程池执行的任务
	 */
	public static class ThreadPoolTask implements Runnable{
		// 保存任务所需要的数据
		private Object threadPoolTaskData;

		ThreadPoolTask(Object tasks) {
			this.threadPoolTaskData = tasks;
		}

		public void run() {
			// 处理一个任务，这里的处理方式太简单了，仅仅是一个打印语句
			System.out.println("start .." + threadPoolTaskData);
			try {
				//便于观察，等待一段时间
				Thread.sleep(2000);
			} catch (Exception e) {
				e.printStackTrace();
			}
			threadPoolTaskData = null;
		}

		public Object getTask() {
			return this.threadPoolTaskData;
		}
	}	
	
	public static void main(String[] args) {
		// 构造一个线程池
		ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 3,
				TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(3),
				new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());

		for (int i = 1; i <= produceTaskMaxNumber; i++) {
			try {
				// 产生一个任务，并将其加入到线程池
				String task = "task@ " + i;
				System.out.println("put " + task);
				
				threadPool.execute(new ThreadPoolTask(task));

				// 便于观察，等待一段时间
				Thread.sleep(produceTaskSleepTime);
			} catch (Exception e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
	}
	
}

 

说明：
1、在这段程序中，一个任务就是一个Runnable类型的对象，也就是一个ThreadPoolTask类型的对象。

2、一般来说任务除了处理方式外，还需要处理的数据，处理的数据通过构造方法传给任务。

3、在这段程序中，main()方法相当于一个残忍的领导，他派发出许多任务，丢给一个叫 threadPool的任劳任怨的小组来做。

4、这个小组里面队员至少有两个，如果他们两个忙不过来，任务就被放到任务列表里面。

如果积压的任务过多，多到任务列表都装不下(超过3个)的时候，就雇佣新的队员来帮忙。但是基于成本的考虑，不能雇佣太多的队员，至多只能雇佣 4个。

5、如果四个队员都在忙时，再有新的任务，这个小组就处理不了了，任务就会被通过一种策略来处理，我们的处理方式是不停的派发，直到接受这个任务为止(更残忍！呵呵)。

因为队员工作是需要成本的，如果工作很闲，闲到 3 秒都没有新的任务了，那么有的队员就会被解雇了，但是，为了小组的正常运转，即使工作再闲，小组的队员也不能少于两个。

本例来源：http://blog.csdn.net/senton/article/details/3528720

 

Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。
线程池的类体系结构:
ExecutorService：         真正的线程池接口。
ScheduledExecutorService     能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。
ThreadPoolExecutor         ExecutorService的默认实现。
ScheduledThreadPoolExecutor     继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。

 

Executors 工厂方法:

newSingleThreadExecutor：
    //单个后台线程  (注意其缓冲队列是无界的，想想为什么)
创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

newFixedThreadPool：
    //固定大小线程池    (其缓冲队列是无界的)
创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

newCachedThreadPool： 
    //无界线程池，可以进行自动线程回收
创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

newScheduledThreadPool：
    //创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

ThreadPoolExecutor是Executors类的底层实现：

ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) 固定大小线程池

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

 corePoolSize和maximumPoolSize的大小是一样的（实际上，如果使用无界queue的话maximumPoolSize参数是没有意义的），BlockingQueue选择了LinkedBlockingQueue，该queue有一个特点，他是无界的。

一个例子：

public class ThreadPool {

	private static void doSomething(int id) {
	    System.out.println("start do " + id + " task …");
	    try {
	        Thread.sleep(1000 * 2);
	    } catch (InterruptedException e) {
	        e.printStackTrace();
	    }
	    System.out.println("start do " + id + " finished.");
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
			//创建了一个线程池，里面有2个线程

		//通过submit()方法，提交一个Runnable的实例，这个实例将交由线程池中空闲的线程执行。
	    executorService.submit(new Runnable() {
	        public void run() {
	            doSomething(1);
	        }
	    });

	    executorService.execute(new Runnable() {
	        public void run() {
	            doSomething(2);
	        }
	    });

	    executorService.shutdown();
	   
	    System.out.println(">>main thread end."); 
	}
}

 

ExecutorService newSingleThreadExecutor() 单线程

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

 最大和最小都为1

 

ExecutorService newCachedThreadPool() 无界线程池

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

这个实现就有意思了。首先是无界的线程池，所以我们可以发现maximumPoolSize为big big。其次BlockingQueue的选择上使用 SynchronousQueue




。可能对于该BlockingQueue有些陌生，简单说：该QUEUE中， 每个插入操作必须等待另一个

线程的对应移除操作。 比如，我先添加一个元素，接下来如果继续想尝试添加则会阻塞，直到另一个线程取走一个元素，反之亦然。（想到什么？就是缓冲区为1的生产者消费者模式^_^）

 

以下为重要分析：

到此如果有很多疑问，那是必然了（除非你也很了解了）

 

先从BlockingQueue <Runnable > workQueue这个入参开始说起。在JDK中，其实已经说得很清楚了，一共有三种类型的queue。以下为引用：（我会稍微修改一下，并用红色突出显示）

  

所有 BlockingQueue 都可用于传输和保持提交的任务。可以使用此队列与池大小进行交互：

• 如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选添加新的线程，而不进行排队。（什么意思？如果当前运行的线程小于corePoolSize ，则任务根本不会存放，添加到queue中 ，而是直接 抄家伙（thread）开始运行 ）
• 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列 ，而不添加新的线程 。
• 如果无法将请求加入队列，则创建新的线程 ，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。

先不着急举例子，因为首先需要知道队列的三种类型 。

 

排队有三种通用策略：

1. 直接提交。 工作队列的默认选项是 SynchronousQueue ，它将任务直接提交给线程而不保持它们 。在此，如果不存在可用于立即运行任务的线程 ，则试图把任务加入队列将失败，因此会构造一个新的线程 。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务 。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性。
2. 无界队列。 使用无界队列（例如，不具有预定义容量的 LinkedBlockingQueue ）将导致在所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程就不会超过 corePoolSize 。（因此，maximumPoolSize 的值也就无效了。）当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用无界队列；例如，在 Web 页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求，当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性。
3. 有界队列。 当使用有限的 maximumPoolSizes 时，有界队列（如 ArrayBlockingQueue ）有助于防止资源耗尽 ，但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。如果任务频繁阻塞（例如，如果它们是 I/O 边界），则系统可能为超过您许可的更多线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小，CPU 使用率较高，但是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量。  

 

到这里，该了解的理论已经够多了，可以调节的就是corePoolSize和maximumPoolSizes 这对参数还有就是BlockingQueue的选择。

 

例子一：使用直接提交策略，也即SynchronousQueue。

 

首先SynchronousQueue是无界的，也就是说他存数任务的能力是没有限制的，但是由于该Queue本身的特性 ，在某次添加元素后必须等待其他线程取走后才能继续添加 。在这里不是核心线程便是新创建的线程，但是我们试想一样下，下面的场景。

 

我们使用一下参数构造ThreadPoolExecutor：

 new ThreadPoolExecutor(  
             2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,   
             new <span style="white-space: normal;">SynchronousQueue</span><Runnable>(),   
             new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),   
             new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());  

 

new ThreadPoolExecutor(
			2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS, 
			new SynchronousQueue





<Runnable>(), 
			new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"), 
			new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

 当核心线程已经有2个正在运行.

 

1. 此时继续来了一个任务（A），根据前面介绍的“如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列 ，而不添加新的线程 。”,所以A被添加到queue中。
2. 又来了一个任务（B），且核心2个线程还没有忙完，OK，接下来首先尝试1中描述，但是由于使用的SynchronousQueue，所以一定无法加入进去。
3. 此时便满足了上面提到的“如果无法将请求加入队列，则创建新的线程 ，除非创建此线程超出maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。”，所以必然会新建一个线程来运行这个任务。
4. 暂时还可以，但是如果这三个任务都还没完成，连续来了两个任务，第一个添加入queue中，后一个呢？queue中无法插入，而线程数达到了maximumPoolSize，所以只好执行异常策略了。

所以在使用SynchronousQueue通常要求maximumPoolSize是无界的，这样就可以避免上述情况发生（如果希望限制就直接使用有界队列）。对于使用SynchronousQueue的作用jdk中写的很清楚：此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁 。

 

什么意思？如果你的任务A1，A2有内部关联，A1需要先运行，那么先提交A1，再提交A2，当使用SynchronousQueue我们可以保证，A1必定先被执行，在A1么有被执行前，A2不可能添加入queue中

 

例子二：使用无界队列策略，即LinkedBlockingQueue 

这个就拿newFixedThreadPool 来说，根据前文提到的规则：

 写道

如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选添加新的线程，而不进行排队。

 那么当任务继续增加，会发生什么呢？ 

如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。

 OK，此时任务变加入队列之中了，那什么时候才会添加新线程呢？ 

 写道

如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。

这里就很有意思了，可能会出现无法加入队列吗？不像SynchronousQueue那样有其自身的特点，对于无界队列来说，总是可以加入的（资源耗尽，当然另当别论）。换句说，永远也不会触发产生新的线程！ corePoolSize大小的线程数会一直运行，忙完当前的，就从队列中拿任务开始运行。所以要防止任务疯长，比如任务运行的实行比较长，而添加任务的速度远远超过处理任务的时间，而且还不断增加，如果任务内存大一些，不一会儿就爆了，呵呵。

 

可以仔细想想哈。

 

例子三：有界队列，使用ArrayBlockingQueue。

 

这个是最为复杂的使用，所以JDK不推荐使用也有些道理。与上面的相比，最大的特点便是可以防止资源耗尽的情况发生。 

举例来说，请看如下构造方法：

 

 new ThreadPoolExecutor(  
             2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,   
             new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),   
             new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),   
             new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); 

 

new ThreadPoolExecutor(
			2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS, 
			new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2), 
			new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"), 
			new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

假设，所有的任务都永远无法执行完。

 

对于首先来的A,B来说直接运行，接下来，如果来了C,D，他们会被放到queu中，如果接下来再来E,F，则增加线程运行E，F。但是如果再来任务，队列无法再接受了，线程数也到达最大的限制了，所以就会使用拒绝策略来处理。

 

总结：

1. ThreadPoolExecutor的使用还是很有技巧的。
2. 使用无界queue可能会耗尽系统资源。
3. 使用有界queue可能不能很好的满足性能，需要调节线程数和queue大小
4. 线程数自然也有开销，所以需要根据不同应用进行调节。

通常来说对于静态任务可以归为：

1. 数量大，但是执行时间很短
2. 数量小，但是执行时间较长
3. 数量又大执行时间又长
4. 除了以上特点外，任务间还有些内在关系

看完这篇问文章后，希望能够可以选择合适的类型了

 

参考：http://dongxuan.iteye.com/blog/901689

http://www.cnblogs.com/jersey/archive/2011/03/30/2000231.html

 

自己创建线程池：http://sunnylocus.iteye.com/blog/223327

 

源码：

 1、

 

public interface Executor {

    /**
     * Executes the given command at some time in the future.  The command
     * may execute in a new thread, in a pooled thread, or in the calling
     * thread, at the discretion of the <tt>Executor</tt> implementation.
     *
     * @param command the runnable task
     * @throws RejectedExecutionException if this task cannot be
     * accepted for execution.
     * @throws NullPointerException if command is null
     */
    void execute(Runnable command);
}

 

//接口ExecutorService继承自Executor，它的目的是为我们管理Thread对象，从而简化并发编程
public interface ExecutorService extends Executor {

    <T> Future<T> submit(Callable<T> task);
   
    <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);

    Future<?> submit(Runnable task);
	
    ...   
}

 

public interface Callable<V> {
    /**
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
     *
     * @return computed result
     * @throws Exception if unable to compute a result
     */
    V call() throws Exception;
}


public interface Runnable {
   
    public abstract void run();
}

 

public interface Future<V> {
    
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);    

    /**
     * Waits if necessary for the computation to complete, and then
     * retrieves its result.
     *
     * @return the computed result  
     */
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;

   
    V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

 。。

 

评论

1 楼 悲剧了 2011-12-07  

建议直接看JDK1.6 java.util.concurrent下面的文档，需要的都有