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带着面试官畅游Java线程池

飞熊 • • 技术随笔 • 阅读 236

人生之路不会是一帆风顺的，我们会遇上顺境，也会遇上逆境，在所有成功路上折磨你的，背后都隐藏着激励你奋发向上的动机，人生没有如果，只有后果与结果，成熟，就是用微笑来面对一切小事。

导读：本篇文章讲解 带着面试官畅游Java线程池，希望对大家有帮助，欢迎收藏，转发！站点地址：www.bmabk.com，来源：原文

参考：【java】并发之线程池||5:30开始剖析_哔哩哔哩_bilibili

 

目录

一、为什么使用线程池

二、线程池的优势 

三、线程池的简单使用

        1、Executors.newCachedThreadPool() 

        2、Executors.newFixedThreadPool()

        3、Executors.newSingleThreadExecutor() 

四、线程池源码分析 

        1、线程池参数 

        2、执行流程分析 

        3、cachedThreadPool()源码分析 

        4、newFixedThreadPool()源码分析

一、为什么使用线程池

        java中经常需要用到多线程来处理一些业务，如果单纯使用继承Thread或者实现Runnable接口的方式来创建线程，那样势必有创建及销毁线程耗费资源、线程上下文切换问题。同时创建过多的线程也可能引发资源耗尽的风险，这个时候引入线程池比较合理，方便线程任务的管理。

        java中涉及到线程池的相关类均在jdk1.5开始的 java.util.concurrent（JUC）包中，涉及到的几个核心类及接口包括：Executor、Executors、ExecutorService、ThreadPoolExecutor、FutureTask、Callable、Runnable等。

二、线程池的优势 

        总体来说，线程池有如下的优势：

        （1）降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。

        （2）提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。

        （3）提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

三、线程池的简单使用

        1、Executors.newCachedThreadPool() 

        cached的池子非常大，可以有很多的线程并发运行。 

package threadPool;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ThreadPoolDemo01 {

	public static void main(String[] args) {
		
		ExecutorService e1 = Executors.newCachedThreadPool();
//		ExecutorService e2 = Executors.newFixedThreadPool(10);
//		ExecutorService e3 = Executors.newSingleThreadExecutor();
		
		//使用线程
		e1.execute(new Task(1));
	}
}

class Task implements Runnable{
	int i;
	public Task(int i) {
		this.i = i;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		//打印当前线程的名字
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----" + i);
	}	
}

 带着面试官畅游Java线程池

已经打出了当前线程的名字。

我们将调用线程的方法执行100次，由于run方法执行有时长，线程来不及回池子时就需要再执行，所以需要开启另一个线程。执行100次大概需要开启三十多个线程。

public class ThreadPoolDemo01 {

	public static void main(String[] args) {
		
		ExecutorService e1 = Executors.newCachedThreadPool();
//		ExecutorService e2 = Executors.newFixedThreadPool(10);
//		ExecutorService e3 = Executors.newSingleThreadExecutor();
		
		//使用线程
		for(int i=0; i<100; i++) {
			e1.execute(new Task(i));
		}
	}
}

class Task implements Runnable{
	int i;
	public Task(int i) {
		this.i = i;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		//打印当前线程的名字
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----" + i);
	}	
}

 带着面试官畅游Java线程池带着面试官畅游Java线程池

         线程池的序号大概是到三十几，说明从线程池中拿了三十多个线程。

        我们在run方法中加一个一秒的睡眠，再看看结果。

class Task implements Runnable{
	int i;
	public Task(int i) {
		this.i = i;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		//打印当前线程的名字
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----" + i);
		//睡1s
		try {
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}	
}

带着面试官畅游Java线程池

        可以看到大概使用了100个线程。说明每一次调用都需要用一个新的线程。

        2、Executors.newFixedThreadPool()

        fixed线程池需要指定生成的线程数量。我们在代码中指定生成10个线程。

public class ThreadPoolDemo01 {

	public static void main(String[] args) {
		
//		ExecutorService e1 = Executors.newCachedThreadPool();
		ExecutorService e2 = Executors.newFixedThreadPool(10);
//		ExecutorService e3 = Executors.newSingleThreadExecutor();
		
		//使用线程
		for(int i=0; i<100; i++) {
			e2.execute(new Task(i));
		}
	}
}

class Task implements Runnable{
	int i;
	public Task(int i) {
		this.i = i;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		//打印当前线程的名字
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----" + i);
		//睡1s
		try {
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}	
}

         线程池中只会生成10个线程，如果run方法中睡1秒钟，那么在1s之内只能打印出10个线程名字，我们的代码执行完需要10s。

带着面试官畅游Java线程池

        3、Executors.newSingleThreadExecutor() 

        这个线程池中只有一个线程，可以理解为fixed的单数版。 

public class ThreadPoolDemo01 {

	public static void main(String[] args) {
		
//		ExecutorService e1 = Executors.newCachedThreadPool();
//		ExecutorService e2 = Executors.newFixedThreadPool(10);
		ExecutorService e3 = Executors.newSingleThreadExecutor();
		
		//使用线程
		for(int i=0; i<100; i++) {
			e3.execute(new Task(i));
		}
	}
}

class Task implements Runnable{
	int i;
	public Task(int i) {
		this.i = i;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		//打印当前线程的名字
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----" + i);
		//睡1s
		try {
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}	
}

 带着面试官畅游Java线程池

        每次打印出的线程名字都相同，说明自始至终都使用的用一个线程。1s钟只打印1个名字，代码执行完需要100s（需要等1s后线程回到线程池，才能再使用这个线程）。 

四、线程池源码分析 

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


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

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

可以看到他们都是由ThreadPoolExecutor构造出的方法，那我们再看看ThreadPoolExecutor：

/**
     * Creates a new {@code ThreadPoolExecutor} with the given initial
     * parameters.
     *
     * @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even
     *        if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set
     * @param maximumPoolSize the maximum number of threads to allow in the
     *        pool
     * @param keepAliveTime when the number of threads is greater than
     *        the core, this is the maximum time that excess idle threads
     *        will wait for new tasks before terminating.
     * @param unit the time unit for the {@code keepAliveTime} argument
     * @param workQueue the queue to use for holding tasks before they are
     *        executed.  This queue will hold only the {@code Runnable}
     *        tasks submitted by the {@code execute} method.
     * @param threadFactory the factory to use when the executor
     *        creates a new thread
     * @param handler the handler to use when execution is blocked
     *        because the thread bounds and queue capacities are reached
     * @throws IllegalArgumentException if one of the following holds:<br>
     *         {@code corePoolSize < 0}<br>
     *         {@code keepAliveTime < 0}<br>
     *         {@code maximumPoolSize <= 0}<br>
     *         {@code maximumPoolSize < corePoolSize}
     * @throws NullPointerException if {@code workQueue}
     *         or {@code threadFactory} or {@code handler} is null
     */
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

        1、线程池参数 

  • int corePoolSize     核心线程数，也是线程池中常驻的线程数，线程池初始化时默认是没有线程的，当任务来临时才开始创建线程去执行任务
  • int maximumPoolSize   最大线程数，在核心线程数的基础上可能会额外增加一些非核心线程，需要注意的是只有当workQueue队列填满时才会创建多于corePoolSize的线程(线程池总线程数不超过maxPoolSize)
  • long keepAliveTime   线程的最大存活时间，空闲时间超过keepAliveTime就会被自动终止回收掉，一直回收到剩corePoolSize个
  • TimeUnit unit       存活时间的单位
  • BlockingQueue<Runnable> workQueue              阻塞队列
  • ThreadFactory threadFactory                               线程工厂
  • RejectedExecutionHandler handler                      拒绝执行时的处理函数 

按照下面的代码来执行一下

public class ThreadPoolDemo01 {

	public static void main(String[] args) {
		
//		ExecutorService e1 = Executors.newCachedThreadPool();
//		ExecutorService e2 = Executors.newFixedThreadPool(10);
//		ExecutorService e3 = Executors.newSingleThreadExecutor();
		
		ThreadPoolExecutor t = new ThreadPoolExecutor(
												10, 		//corePoolSize
												20, 		//maximumPoolSize
												10, 		//keepAliveTime
												TimeUnit.SECONDS, 	//TimeUnit 
												new ArrayBlockingQueue<>(10)	//BlockingQueue
												);
		
		//使用线程
		for(int i=0; i<100; i++) {
			t.execute(new Task(i));
		}
	}
}

class Task implements Runnable{
	int i;
	public Task(int i) {
		this.i = i;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		//打印当前线程的名字
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-----" + i);
		//睡1s
		try {
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}	
}

         在代码中，我们将核心线程数设置为10，最大线程数设置为20，最大存活时间设置为10，单位为秒，阻塞队列的大小设置为10

        看一下执行结果：

pool-1-thread-3-----2
pool-1-thread-7-----6
pool-1-thread-1-----0
pool-1-thread-2-----1
pool-1-thread-4-----3
pool-1-thread-5-----4
pool-1-thread-6-----5
pool-1-thread-10-----9
pool-1-thread-9-----8
pool-1-thread-8-----7
pool-1-thread-11-----20
pool-1-thread-12-----21
pool-1-thread-13-----22
pool-1-thread-14-----23
pool-1-thread-15-----24
pool-1-thread-16-----25
pool-1-thread-17-----26
pool-1-thread-18-----27
pool-1-thread-19-----28
pool-1-thread-20-----29
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task threadPool.Task@135fbaa4 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@45ee12a7[Running, pool size = 20, active threads = 20, queued tasks = 10, completed tasks = 0]
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(Unknown Source)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(Unknown Source)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(Unknown Source)
	at threadPool.ThreadPoolDemo01.main(ThreadPoolDemo01.java:27)
pool-1-thread-16-----11
pool-1-thread-15-----12
pool-1-thread-13-----15
pool-1-thread-19-----10
pool-1-thread-14-----13
pool-1-thread-8-----18
pool-1-thread-11-----17
pool-1-thread-12-----16
pool-1-thread-18-----14
pool-1-thread-9-----19

        2、执行流程分析 

         由于我们的核心线程数（corePoolSize）设置为10，就会有10个常驻的核心线程去执行

pool-1-thread-3-----2
pool-1-thread-7-----6
pool-1-thread-1-----0
pool-1-thread-2-----1
pool-1-thread-4-----3
pool-1-thread-5-----4
pool-1-thread-6-----5
pool-1-thread-10-----9

        由于run方法中睡眠了一秒钟，后面进入的任务会进入阻塞队列（blockingQueue）中，当阻塞队列中的十个空间被填满后，创建普通的线程去执行。

pool-1-thread-11-----20
pool-1-thread-12-----21
pool-1-thread-13-----22
pool-1-thread-14-----23
pool-1-thread-15-----24
pool-1-thread-16-----25
pool-1-thread-17-----26
pool-1-thread-18-----27
pool-1-thread-19-----28
pool-1-thread-20-----29

        由于blockingQueue的大小为10，10个任务进去之后，再进任务就会报拒绝执行（RejectedExecutionException）的错了：

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task threadPool.Task@135fbaa4 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@45ee12a7[Running, pool size = 20, active threads = 20, queued tasks = 10, completed tasks = 0]
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(Unknown Source)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(Unknown Source)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(Unknown Source)
	at threadPool.ThreadPoolDemo01.main(ThreadPoolDemo01.java:27)

        1秒之后，线程执行结束之后回到线程池，就可以继续去队列中接受任务。将队列中的十个任务接收完。

        核心线程和普通线程是不作区分的，他们没有任何的区别，所以接收任务的时候也是谁先结束谁就去接收。

pool-1-thread-16-----11
pool-1-thread-15-----12
pool-1-thread-13-----15
pool-1-thread-19-----10
pool-1-thread-14-----13
pool-1-thread-8-----18
pool-1-thread-11-----17
pool-1-thread-12-----16
pool-1-thread-18-----14
pool-1-thread-9-----19

        3、cachedThreadPool()源码分析 

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

         可以看到在cached中，核心线程数为0，线程总数为无穷大，阻塞队列为0，线程存活时间为60s。

        这说明cached中没有核心线程，任务也不能进入阻塞队列，那么在一开始就会申请普通线程去执行。而线程存活时间为60s，被复用的次数会非常多，除非线程结束任务后的60s内没有新任务，线程才会被销毁，由于核心线程数为0，所有的线程均会被回收；同时线程数总数位无穷大，可以同时有非常多的线程。

        4、newFixedThreadPool()源码分析

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

        核心线程数和最大线程数一样，都是传入的数值，销毁时间为0。

        说明传入的线程都作为核心线程使用，并且使用之后立即销毁。

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