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為什么要用線程池呢?

下面是一段創(chuàng)建線程并運行的代碼:

for (int i = 0; i < 100; i++) { 
    new Thread(() -> { 
        System.out.println("run thread->" + Thread.currentThread().getName()); 
        userService.updateUser(....); 
    }).start(); 
} 

我們想使用這種方式去做異步，或者提高性能，然后將某些耗時操作放入一個新線程去運行。

這種思路是沒問題的，但是這段代碼是存在問題的，有哪些問題呢?下面我們就來看看有哪些問題;

• 創(chuàng)建銷毀線程資源消耗;我們使用線程的目的本是出于效率考慮，可以為了創(chuàng)建這些線程卻消耗了額外的時間，資源，對于線程的銷毀同樣需要系統(tǒng)資源。
• cpu資源有限，上述代碼創(chuàng)建線程過多，造成有的任務不能即時完成，響應時間過長。
• 線程無法管理，無節(jié)制地創(chuàng)建線程對于有限的資源來說似乎成了“得不償失”的一種作用。

既然我們上面使用手動創(chuàng)建線程會存在問題，那有解決方法嗎?

答案：有的，使用線程池。

線程池介紹

線程池(Thread Pool)：把一個或多個線程通過統(tǒng)一的方式進行調度和重復使用的技術，避免了因為線程過多而帶來使用上的開銷。

線程池有什么優(yōu)點?

• 降低資源消耗。通過重復利用已創(chuàng)建的線程降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的消耗。
• 提高響應速度。當任務到達時，任務可以不需要等到線程創(chuàng)建就能立即執(zhí)行。
• 提高線程的可管理性。

線程池使用

在JDK中rt.jar包下JUC(java.util.concurrent)創(chuàng)建線程池有兩種方式：ThreadPoolExecutor 和 Executors，其中 Executors又可以創(chuàng)建 6 種不同的線程池類型。

ThreadPoolExecutor 的使用

線程池使用代碼如下：

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue; 
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor; 
import java.util.concurrent.TimeUnit; 
 
public class ThreadPoolDemo { 
    private static ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(2, 10, 10L, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue(100)); 
 
    public static void main(String[] args) { 
        threadPoolExecutor.execute(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                System.out.println("田先生您好"); 
            } 
        }); 
    } 
} 

以上程序執(zhí)行結果如下：

田先生您好

核心參數(shù)說明

ThreadPoolExecutor的構造方法有以下四個：

可以看到最后那個構造方法有 7 個構造參數(shù)，其實前面的三個構造方法只是對最后那個方法進行包裝，并且前面三個構造方法最終都是調用最后那個構造方法，所以我們這里就來聊聊最后那個構造方法。

參數(shù)解釋

corePoolSize

線程池中的核心線程數(shù)，默認情況下核心線程一直存活在線程池中，如果將 ThreadPoolExecutor 的 allowCoreThreadTimeOut 屬性設為 true，如果線程池一直閑置并超過了 keepAliveTime 所指定的時間，核心線程就會被終止。

maximumPoolSize

最大線程數(shù)，當線程不夠時能夠創(chuàng)建的最大線程數(shù)。

keepAliveTime

線程池的閑置超時時間，默認情況下對非核心線程生效，如果閑置時間超過這個時間，非核心線程就會被回收。如果 ThreadPoolExecutor 的 allowCoreThreadTimeOut 設為 true 的時候，核心線程如果超過閑置時長也會被回收。

unit

配合 keepAliveTime 使用，用來標識 keepAliveTime 的時間單位。

workQueue

線程池中的任務隊列，使用 execute() 或 submit() 方法提交的任務都會存儲在此隊列中。

threadFactory

為線程池提供創(chuàng)建新線程的線程工廠。

rejectedExecutionHandler

線程池任務隊列超過最大值之后的拒絕策略，RejectedExecutionHandler 是一個接口，里面只有一個 rejectedExecution 方法，可在此方法內添加任務超出最大值的事件處理。ThreadPoolExecutor 也提供了 4 種默認的拒絕策略：

• DiscardPolicy()：丟棄掉該任務，不進行處理。
• DiscardOldestPolicy()：丟棄隊列里最近的一個任務，并執(zhí)行當前任務。
• AbortPolicy()：直接拋出 RejectedExecutionException 異常(默認)。
• CallerRunsPolicy()：既不拋棄任務也不拋出異常，直接使用主線程來執(zhí)行此任務。

包含所有參數(shù)的使用案例：

public class ThreadPoolExecutorTest { 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { 
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 
                10L, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(2), 
                new MyThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); 
        threadPool.allowCoreThreadTimeOut(true); 
        for (int i = 0; i < 10; i++) { 
            threadPool.execute(new Runnable() { 
                @Override 
                public void run() { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()); 
                    try { 
                        Thread.sleep(2000); 
                    } catch (InterruptedException e) { 
                        e.printStackTrace(); 
                    } 
                } 
            }); 
        } 
    } 
} 
class MyThreadFactory implements ThreadFactory { 
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); 
    @Override 
    public Thread newThread(Runnable r) { 
        Thread t = new Thread(r); 
        String threadName = "MyThread" + count.addAndGet(1); 
        t.setName(threadName); 
        return t; 
    } 
} 

運行輸出：

main 
MyThread1 
main 
MyThread1 
MyThread1 
.... 

這里僅僅是為了演示所有參數(shù)自定義，并沒有其他用途。

execute() 和 submit()的使用

execute() 和 submit() 都是用來執(zhí)行線程池的，區(qū)別在于 submit() 方法可以接收線程池執(zhí)行的返回值。

下面分別來看兩個方法的具體使用和區(qū)別：

// 創(chuàng)建線程池 
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(2, 10, 10L, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue(100)); 
// execute 使用 
threadPoolExecutor.execute(new Runnable() { 
    @Override 
    public void run() { 
        System.out.println("老田您好"); 
    } 
}); 
// submit 使用 
Future<String> future = threadPoolExecutor.submit(new Callable<String>() { 
    @Override 
    public String call() throws Exception { 
        System.out.println("田先生您好"); 
        return "返回值"; 
    } 
}); 
System.out.println(future.get()); 

以上程序執(zhí)行結果如下：

老田您好 
田先生您好 
返回值 

Executors

Executors 執(zhí)行器創(chuàng)建線程池很多基本上都是在 ThreadPoolExecutor 構造方法上進行簡單的封裝，特殊場景根據(jù)需要自行創(chuàng)建。可以把Executors理解成一個工廠類 。Executors可以創(chuàng)建 6 種不同的線程池類型。

下面對這六個方法進行簡要的說明：

newFixedThreadPool

創(chuàng)建一個數(shù)量固定的線程池，超出的任務會在隊列中等待空閑的線程，可用于控制程序的最大并發(fā)數(shù)。

newCacheThreadPool

短時間內處理大量工作的線程池，會根據(jù)任務數(shù)量產生對應的線程，并試圖緩存線程以便重復使用，如果限制 60 秒沒被使用，則會被移除緩存。如果現(xiàn)有線程沒有可用的，則創(chuàng)建一個新線程并添加到池中，如果有被使用完但是還沒銷毀的線程，就復用該線程。終止并從緩存中移除那些已有 60 秒鐘未被使用的線程。因此，長時間保持空閑的線程池不會使用任何資源。

newScheduledThreadPool

創(chuàng)建一個數(shù)量固定的線程池，支持執(zhí)行定時性或周期性任務。

newWorkStealingPool

Java 8 新增創(chuàng)建線程池的方法，創(chuàng)建時如果不設置任何參數(shù)，則以當前機器CPU 處理器數(shù)作為線程個數(shù)，此線程池會并行處理任務，不能保證執(zhí)行順序。

newSingleThreadExecutor

創(chuàng)建一個單線程的線程池。這個線程池只有一個線程在工作，也就是相當于單線程串行執(zhí)行所有任務。如果這個唯一的線程因為異常結束，那么會有一個新的線程來替代它。此線程池保證所有任務的執(zhí)行順序按照任務的提交順序執(zhí)行。

newSingleThreadScheduledExecutor

此線程池就是單線程的 newScheduledThreadPool。

線程池如何關閉?

線程池關閉，可以使用 shutdown() 或 shutdownNow() 方法，它們的區(qū)別是：

• shutdown()：不會立即終止線程池，而是要等所有任務隊列中的任務都執(zhí)行完后才會終止。執(zhí)行完 shutdown 方法之后，線程池就不會再接受新任務了。
• shutdownNow()：執(zhí)行該方法，線程池的狀態(tài)立刻變成 STOP 狀態(tài)，并試圖停止所有正在執(zhí)行的線程，不再處理還在池隊列中等待的任務，執(zhí)行此方法會返回未執(zhí)行的任務。

下面用代碼來模擬 shutdown() 之后，給線程池添加任務，代碼如下：

import java.util.concurrent.*; 
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; 
 
public class ThreadPoolExecutorAllArgsTest { 
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException { 
       //創(chuàng)建線程池 
       ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 
               10L, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(2), 
               new MyThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); 
       threadPoolExecutor.allowCoreThreadTimeOut(true); 
       //提交任務 
       threadPoolExecutor.execute(() -> { 
           for (int i = 0; i < 3; i++) { 
               System.out.println("提交任務" + i); 
               try { 
                   Thread.sleep(3000); 
               } catch (InterruptedException e) { 
                   System.out.println(e.getMessage()); 
               } 
           } 
       }); 
       threadPoolExecutor.shutdown(); 
       //再次提及任務 
       threadPoolExecutor.execute(() -> { 
           System.out.println("我想再次提及任務"); 
       }); 
   } 
} 

以上程序執(zhí)行結果如下：

提交任務0 
提交任務1 
提交任務2 

可以看出，shutdown() 之后就不會再接受新的任務了，不過之前的任務會被執(zhí)行完成。

面試題

面試題1:ThreadPoolExecutor 有哪些常用的方法?

• ThreadPoolExecutor有如下常用方法：
• submit()/execute()：執(zhí)行線程池
• shutdown()/shutdownNow()：終止線程池
• isShutdown()：判斷線程是否終止
• getActiveCount()：正在運行的線程數(shù)
• getCorePoolSize()：獲取核心線程數(shù)
• getMaximumPoolSize()：獲取最大線程數(shù)
• getQueue()：獲取線程池中的任務隊列
• allowCoreThreadTimeOut(boolean)：設置空閑時是否回收核心線程

這些方法可以用來終止線程池、線程池監(jiān)控等。

面試題2:說說submit(和 execute兩個方法有什么區(qū)別?

submit() 和 execute() 都是用來執(zhí)行線程池的，只不過使用 execute() 執(zhí)行線程池不能有返回方法，而使用 submit() 可以使用 Future 接收線程池執(zhí)行的返回值。

說說線程池創(chuàng)建需要的那幾個核心參數(shù)的含義

ThreadPoolExecutor 最多包含以下七個參數(shù)：

• corePoolSize：線程池中的核心線程數(shù)
• maximumPoolSize：線程池中最大線程數(shù)
• keepAliveTime：閑置超時時間
• unit：keepAliveTime 超時時間的單位(時/分/秒等)
• workQueue：線程池中的任務隊列
• threadFactory：為線程池提供創(chuàng)建新線程的線程工廠
• rejectedExecutionHandler：線程池任務隊列超過最大值之后的拒絕策略

面試題3:shutdownNow() 和 shutdown() 兩個方法有什么區(qū)別?

shutdownNow() 和 shutdown() 都是用來終止線程池的，它們的區(qū)別是，使用 shutdown() 程序不會報錯，也不會立即終止線程，它會等待線程池中的緩存任務執(zhí)行完之后再退出，執(zhí)行了 shutdown() 之后就不能給線程池添加新任務了;shutdownNow() 會試圖立馬停止任務，如果線程池中還有緩存任務正在執(zhí)行，則會拋出 java.lang.InterruptedException: sleep interrupted 異常。

面試題6:了解過線程池的工作原理嗎?

當線程池中有任務需要執(zhí)行時，線程池會判斷如果線程數(shù)量沒有超過核心數(shù)量就會新建線程池進行任務執(zhí)行，如果線程池中的線程數(shù)量已經超過核心線程數(shù)，這時候任務就會被放入任務隊列中排隊等待執(zhí)行;如果任務隊列超過最大隊列數(shù)，并且線程池沒有達到最大線程數(shù)，就會新建線程來執(zhí)行任務;如果超過了最大線程數(shù)，就會執(zhí)行拒絕執(zhí)行策略。

面試題5:線程池中核心線程數(shù)量大小怎么設置?

「CPU密集型任務」：比如像加解密，壓縮、計算等一系列需要大量耗費 CPU 資源的任務，大部分場景下都是純 CPU 計算。盡量使用較小的線程池，一般為CPU核心數(shù)+1。因為CPU密集型任務使得CPU使用率很高，若開過多的線程數(shù)，會造成CPU過度切換。

「IO密集型任務」：比如像 MySQL 數(shù)據(jù)庫、文件的讀寫、網絡通信等任務，這類任務不會特別消耗 CPU 資源，但是 IO 操作比較耗時，會占用比較多時間?？梢允褂蒙源蟮木€程池，一般為2*CPU核心數(shù)。IO密集型任務CPU使用率并不高，因此可以讓CPU在等待IO的時候有其他線程去處理別的任務，充分利用CPU時間。

另外：線程的平均工作時間所占比例越高，就需要越少的線程;線程的平均等待時間所占比例越高，就需要越多的線程;

以上只是理論值，實際項目中建議在本地或者測試環(huán)境進行多次調優(yōu)，找到相對理想的值大小。

面試題7:線程池為什么需要使用(阻塞)隊列?

主要有三點：

• 因為線程若是無限制的創(chuàng)建，可能會導致內存占用過多而產生OOM，并且會造成cpu過度切換。
• 創(chuàng)建線程池的消耗較高。

面試題8:線程池為什么要使用阻塞隊列而不使用非阻塞隊列?

阻塞隊列可以保證任務隊列中沒有任務時阻塞獲取任務的線程，使得線程進入wait狀態(tài)，釋放cpu資源。

當隊列中有任務時才喚醒對應線程從隊列中取出消息進行執(zhí)行。

使得在線程不至于一直占用cpu資源。

(線程執(zhí)行完任務后通過循環(huán)再次從任務隊列中取出任務進行執(zhí)行，代碼片段如下

while (task != null || (task = getTask()) != null) {}）。 

不用阻塞隊列也是可以的，不過實現(xiàn)起來比較麻煩而已，有好用的為啥不用呢?

面試題9:了解線程池狀態(tài)嗎?

通過獲取線程池狀態(tài)，可以判斷線程池是否是運行狀態(tài)、可否添加新的任務以及優(yōu)雅地關閉線程池等。

RUNNING：線程池的初始化狀態(tài)，可以添加待執(zhí)行的任務。

SHUTDOWN：線程池處于待關閉狀態(tài)，不接收新任務僅處理已經接收的任務。

STOP：線程池立即關閉，不接收新的任務，放棄緩存隊列中的任務并且中斷正在處理的任務。

TIDYING：線程池自主整理狀態(tài)，調用 terminated() 方法進行線程池整理。

TERMINATED：線程池終止狀態(tài)。

面試題10:知道線程池中線程復用原理嗎?

線程池將線程和任務進行解耦，線程是線程，任務是任務，擺脫了之前通過 Thread 創(chuàng)建線程時的一個線程必須對應一個任務的限制。

在線程池中，同一個線程可以從阻塞隊列中不斷獲取新任務來執(zhí)行，其核心原理在于線程池對 Thread 進行了封裝，并不是每次執(zhí)行任務都會調用 Thread.start() 來創(chuàng)建新線程，而是讓每個線程去執(zhí)行一個“循環(huán)任務”，在這個“循環(huán)任務”中不停的檢查是否有任務需要被執(zhí)行，如果有則直接執(zhí)行，也就是調用任務中的 run 方法，將 run 方法當成一個普通的方法執(zhí)行，通過這種方式將只使用固定的線程就將所有任務的 run 方法串聯(lián)起來。

總結

本文通過沒有使用線程池帶來的弊端，Executors介紹，Executors的六種方法介紹、如何使用線程池，了解線程池原理，核心參數(shù)，以及10到線程池面試題。

本文轉載自微信公眾號「Java后端技術全?！?，可以通過以下二維碼關注。轉載本文請聯(lián)系Java后端技術全棧公眾號。