Java多线程系列 JUC线程池03 线程池原理解析(二)

时间:2020-12-26 06:21:14

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Executors创建线程池

Executors是个静态工厂类。它通过静态工厂方法返回ExecutorService、ScheduledExecutorService、ThreadFactory 和 Callable 等类的对象。

Executors创建线程池的函数列表

public class Executors {

   //返回用于创建新线程的默认线程工厂。
static ThreadFactory defaultThreadFactory() //创建一个可缓存的线程池,调用execute将重用以前构造的线程(如果线程可用)。如果现有线程没有可用的,则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。
static ExecutorService newCachedThreadPool() //和上面方法一样,只是使用了外部提供的 ThreadFactory 创建新线程。
static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) //创建一个可重用固定线程数的线程池,以共享的*队列方式来运行这些线程。
static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) //创建一个可重用固定线程数的线程池,以共享的*队列方式来运行这些线程,在需要时使用提供的 ThreadFactory 创建新线程。
static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) //创建一个线程池,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) //创建一个线程池,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) //创建一个使用单个 worker 线程的 Executor,以*队列方式来运行该线程。
static ExecutorService newSingleThreadExecutor() //创建一个使用单个 worker 线程的 Executor,以*队列方式来运行该线程,并在需要时使用提供的 ThreadFactory 创建新线程。
static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) //创建一个单线程执行程序,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() //创建一个单线程执行程序,它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor(ThreadFactory threadFactory) }
 

1. newFixedThreadPool()

newFixedThreadPool()在Executors.java中定义,源码如下:

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

说明:newFixedThreadPool(int nThreads)中执行ThreadPoolExecutor()来构造线程池,它将corePoolSize和maximumPoolSize都设定为了nThreads,这样便实现了线程池的大小的固定,不会动态地扩大,另外,有两个参数是失效的keepAliveTime和maximumPoolSize,因为只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime才会起作用 ,只有阻塞队列满时才会根据创建的线程数和maximumPoolSize做比较,但是这里创建的是无边界阻塞队列,所以阻塞队列理论上永远不会满(最大为Integer.MAX_VALUE);

2.newSingleThreadExecutor()

newSingleThreadExecutor()在Executors.java中定义,源码如下:

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

说明:newSingleThreadExecutor()执行FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor())来构造线程池,初始化的线程池中只有一个线程,如果该线程异常结束,会重新创建一个新的线程继续执行任务,唯一的线程可以保证所提交任务的顺序执行.由于使用了*队列, 所以SingleThreadPool永远不会拒绝, 即拒绝策略失效

3.newScheduledThreadPool()

newScheduledThreadPool()在Executors.java中定义,源码如下:

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

说明:newSingleThreadExecutor()执行ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize)来构造调度型线程池,corePoolSize由外部定义,线程池的线程可以按schedule依次delay执行,或周期执行。

4. newCachedThreadPool()

newCachedThreadPool()在Executors.java中定义,源码如下:

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

说明:newCachedThreadPool()执行ThreadPoolExecutor()来构造线程池,它将corePoolSize设定为0,而将maximumPoolSize设定为了Integer的最大值,和newFixedThreadPool创建的线程池不同,newCachedThreadPool在没有任务执行时,当线程的空闲时间超过keepAliveTime时,会将线程会从线程池中移除。由于核心线程数为0,因此每次添加任务,都会先从线程池中找空闲线程,如果没有就会创建一个线程来执行新的任务,并将该线程加入到线程池中,而最大允许的线程数为Integer的最大值,因此这个线程池理论上可以不断扩大。

执行过程与前两种稍微不同: 
(1) 主线程调用SynchronousQueue的offer()方法放入task, 倘若此时线程池中有空闲的线程尝试读取 SynchronousQueue的task, 即调用了SynchronousQueue的poll(), 那么主线程将该task交给空闲线程. 否则执行(2) 
(2) 当线程池为空或者没有空闲的线程, 则创建新的线程执行任务. 
(3) 执行完任务的线程倘若在60s内仍空闲, 则会被终止. 因此长时间空闲的CachedThreadPool不会持有任何线程资源.

一般来说,CachedTheadPool在程序执行过程中通常会创建与所需数量相同的线程,然后在它回收旧线程时停止创建新线程,因此它是合理的Executor的首选,只有当这种方式会引发问题时(比如需要大量长时间面向连接的线程时),才需要考虑用FixedThreadPool。

拒绝策略介绍

线程池的拒绝策略,是指当任务添加到线程池时被拒绝,而采取的处理措施。
当任务添加到线程池时之所以被拒绝,可能是由于:第一,线程池异常关闭。第二,任务数量超过线程池的最大限制。

线程池共包括4种拒绝策略,它们分别是:AbortPolicyCallerRunsPolicyDiscardOldestPolicyDiscardPolicy

AbortPolicy         -- 当任务添加到线程池中被拒绝时,它将抛出 RejectedExecutionException 异常。
CallerRunsPolicy -- 当任务添加到线程池中被拒绝时,会在线程池当前正在运行的Thread线程池中处理被拒绝的任务。
DiscardOldestPolicy -- 当任务添加到线程池中被拒绝时,线程池会放弃等待队列中最旧的未处理任务,然后将被拒绝的任务添加到等待队列中。
DiscardPolicy -- 当任务添加到线程池中被拒绝时,线程池将丢弃被拒绝的任务。

线程池默认的处理策略是AbortPolicy!

下面通过示例,分别演示线程池的4种拒绝策略。

1. DiscardPolicy 示例

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy; public class DiscardPolicyDemo { private static final int THREADS_SIZE = 1;
private static final int CAPACITY = 1; public static void main(String[] args) throws Exception { // 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。
ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<Runnable>(CAPACITY));
// 设置线程池的拒绝策略为"丢弃"
pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); // 新建10个任务,并将它们添加到线程池中。
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);
pool.execute(myrun);
}
// 关闭线程池
pool.shutdown();
}
} class MyRunnable implements Runnable {
private String name;
public MyRunnable(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(this.name + " is running.");
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

运行结果

task-0 is running.
task-1 is running.

结果说明:线程池pool的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),这意味着"线程池能同时运行的任务数量最大只能是1"。
线程池pool的阻塞队列是ArrayBlockingQueue,ArrayBlockingQueue是一个有界的阻塞队列,ArrayBlockingQueue的容量为1。这也意味着线程池的阻塞队列只能有一个线程池阻塞等待。
线程池*运行了2个任务。第1个任务直接放到Worker中,通过线程去执行;第2个任务放到阻塞队列中等待。其他的任务都被丢弃了!

2. DiscardOldestPolicy 示例

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy; public class DiscardOldestPolicyDemo { private static final int THREADS_SIZE = 1;
private static final int CAPACITY = 1; public static void main(String[] args) throws Exception { // 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。
ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<Runnable>(CAPACITY));
// 设置线程池的拒绝策略为"DiscardOldestPolicy"
pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()); // 新建10个任务,并将它们添加到线程池中。
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);
pool.execute(myrun);
}
// 关闭线程池
pool.shutdown();
}
} class MyRunnable implements Runnable {
private String name;
public MyRunnable(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(this.name + " is running.");
Thread.sleep(200);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

运行结果

task-0 is running.
task-9 is running.

结果说明:将"线程池的拒绝策略"由DiscardPolicy修改为DiscardOldestPolicy之后,当有任务添加到线程池被拒绝时,线程池会丢弃阻塞队列中末尾的任务,然后将被拒绝的任务添加到末尾。

3. AbortPolicy 示例

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy;
import java.util.concurrent.RejectedExecutionException; public class AbortPolicyDemo { private static final int THREADS_SIZE = 1;
private static final int CAPACITY = 1; public static void main(String[] args) throws Exception { // 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。
ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<Runnable>(CAPACITY));
// 设置线程池的拒绝策略为"抛出异常"
pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()); try { // 新建10个任务,并将它们添加到线程池中。
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);
pool.execute(myrun);
}
} catch (RejectedExecutionException e) {
e.printStackTrace();
// 关闭线程池
pool.shutdown();
}
}
} class MyRunnable implements Runnable {
private String name;
public MyRunnable(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(this.name + " is running.");
Thread.sleep(200);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

某一次运行结果

java.util.concurrent.RejectedExecutionException
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:1774)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:768)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:656)
at AbortPolicyDemo.main(AbortPolicyDemo.java:27)
task-0 is running.
task-1 is running.

结果说明:将"线程池的拒绝策略"由DiscardPolicy修改为AbortPolicy之后,当有任务添加到线程池被拒绝时,会抛出RejectedExecutionException。

4. CallerRunsPolicy 示例

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy; public class CallerRunsPolicyDemo { private static final int THREADS_SIZE = 1;
private static final int CAPACITY = 1; public static void main(String[] args) throws Exception { // 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1(THREADS_SIZE),"线程池"的阻塞队列容量为1(CAPACITY)。
ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(THREADS_SIZE, THREADS_SIZE, 0, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<Runnable>(CAPACITY));
// 设置线程池的拒绝策略为"CallerRunsPolicy"
pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); // 新建10个任务,并将它们添加到线程池中。
for (int i = 0; i < 10; i++) {
Runnable myrun = new MyRunnable("task-"+i);
pool.execute(myrun);
} // 关闭线程池
pool.shutdown();
}
} class MyRunnable implements Runnable {
private String name;
public MyRunnable(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(this.name + " is running.");
Thread.sleep(100);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

某一次运行结果

Java多线程系列  JUC线程池03  线程池原理解析(二)
task-2 is running.
task-3 is running.
task-4 is running.
task-5 is running.
task-6 is running.
task-7 is running.
task-8 is running.
task-9 is running.
task-0 is running.
task-1 is running.
Java多线程系列  JUC线程池03  线程池原理解析(二)

结果说明:将"线程池的拒绝策略"由DiscardPolicy修改为CallerRunsPolicy之后,当有任务添加到线程池被拒绝时,线程池会将被拒绝的任务添加到"线程池正在运行的线程"中运行。

Executor执行Runnable任务

通过Executors的以上四个静态工厂方法获得 ExecutorService实例,而后调用该实例的execute(Runnable command)方法即可。一旦Runnable任务传递到execute()方法,该方法便会自动在一个线程上执行。下面是Executor执行Runnable任务的示例代码:

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors; public class ThreadPoolDemo2 {
public static void main(String[] args){
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
// ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
// ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 5; i++){
executorService.execute(new TestRunnable());
System.out.println("************* a" + i + " *************");
}
executorService.shutdown();
}
}
class TestRunnable implements Runnable{
public void run(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程被调用了。");
}
}

某次执行后的结果如下:

************* a0 *************
************* a1 *************
************* a2 *************
pool-1-thread-1线程被调用了。
************* a3 *************
************* a4 *************
pool-1-thread-2线程被调用了。
pool-1-thread-4线程被调用了。
pool-1-thread-3线程被调用了。
pool-1-thread-5线程被调用了。

从结果中可以看出,pool-1-thread-1和pool-1-thread-2均被调用了两次,这是随机的,execute会首先在线程池中选择一个已有空闲线程来执行任务,如果线程池中没有空闲线程,它便会创建一个新的线程来执行任务。

Executor执行Callable任务

在Java 5之后,任务分两类:一类是实现了Runnable接口的类,一类是实现了Callable接口的类。两者都可以被ExecutorService执行,但是Runnable任务没有返回值,而Callable任务有返回值。并且Callable的call()方法只能通过ExecutorService的submit(Callable<T> task) 方法来执行,并且返回一个 <T>Future<T>,是表示任务等待完成的 Future。

Callable接口类似于Runnable,两者都是为那些其实例可能被另一个线程执行的类设计的。但是 Runnable 不会返回结果,并且无法抛出经过检查的异常而Callable又返回结果,而当获取返回结果时可能会抛出异常。Callable中的call()方法类似Runnable的run()方法,区别同样是有返回值,后者没有。

当将一个Callable的对象传递给ExecutorService的submit方法,则该call方法自动在一个线程上执行,并且会返回执行结果Future对象。同样,将Runnable的对象传递给ExecutorService的submit方法,则该run方法自动在一个线程上执行,并且会返回执行结果Future对象,但是在该Future对象上调用get方法,将返回null。

下面给出一个Executor执行Callable任务的示例代码:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*; public class ThreadPoolDemo3 {
public static void main(String[] args){
ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
List<Future<String>> resultList = new ArrayList<>(); //创建10个任务并执行
for (int i = 0; i < 10; i++){
//使用ExecutorService执行Callable类型的任务,并将结果保存在future变量中
Future<String> future = executorService.submit(new TaskWithResult(i));
//将任务执行结果存储到List中
resultList.add(future);
} //遍历任务的结果
for (Future<String> fs : resultList){
try{
while(!fs.isDone());//Future返回如果没有完成,则一直循环等待,直到Future返回完成
System.out.println(fs.get()); //打印各个线程(任务)执行的结果
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}catch(ExecutionException e){
e.printStackTrace();
}finally{
//启动一次顺序关闭,执行以前提交的任务,但不接受新任务
executorService.shutdown();
}
}
}
}
class TaskWithResult implements Callable<String> {
private int id; public TaskWithResult(int id){
this.id = id;
} /**
* 任务的具体过程,一旦任务传给ExecutorService的submit方法,
* 则该方法自动在一个线程上执行
*/
public String call() throws Exception {
System.out.println("call()方法被自动调用!!! " + Thread.currentThread().getName());
//该返回结果将被Future的get方法得到
return "call()方法被自动调用,任务返回的结果是:" + id + " " + Thread.currentThread().getName();
}
}

某次执行结果如下:

call()方法被自动调用!!!    pool-1-thread-2
call()方法被自动调用!!! pool-1-thread-1
call()方法被自动调用!!! pool-1-thread-2
call()方法被自动调用!!! pool-1-thread-2
call()方法被自动调用!!! pool-1-thread-2
call()方法被自动调用!!! pool-1-thread-2
call()方法被自动调用,任务返回的结果是:0 pool-1-thread-1
call()方法被自动调用!!! pool-1-thread-4
call()方法被自动调用!!! pool-1-thread-3
call()方法被自动调用!!! pool-1-thread-5
call()方法被自动调用,任务返回的结果是:1 pool-1-thread-2
call()方法被自动调用,任务返回的结果是:2 pool-1-thread-3
call()方法被自动调用,任务返回的结果是:3 pool-1-thread-4
call()方法被自动调用,任务返回的结果是:4 pool-1-thread-2
call()方法被自动调用,任务返回的结果是:5 pool-1-thread-5
call()方法被自动调用!!! pool-1-thread-6
call()方法被自动调用,任务返回的结果是:6 pool-1-thread-2
call()方法被自动调用,任务返回的结果是:7 pool-1-thread-2
call()方法被自动调用,任务返回的结果是:8 pool-1-thread-2
call()方法被自动调用,任务返回的结果是:9 pool-1-thread-6

从结果中可以同样可以看出,submit也是首先选择空闲线程来执行任务,如果没有,才会创建新的线程来执行任务。另外,需要注意:如果Future的返回尚未完成,则get()方法会阻塞等待,直到Future完成返回,可以通过调用isDone()方法判断Future是否完成了返回。


坚持修行,别让才华配不上梦想,还辜负了所有的苦难。