java多线程（5）---ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor

官方API解释线程池的好处：

（1）通过重用线程池中的线程，来减少每个线程创建和销毁的性能开销。

（2）对线程进行一些维护和管理，比如定时开始，周期执行，并发数控制等等。

一、Executor

Executor是一个接口，跟线程池有关的基本都要跟他打交道。下面是常用的ThreadPoolExecutor的关系。

Executor接口很简单，只有一个execute方法。

ExecutorService是Executor的子接口，增加了一些常用的对线程的控制方法，之后使用线程池主要也是使用这些方法。

AbstractExecutorService是一个抽象类。ThreadPoolExecutor就是实现了这个类。

二、ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类，因此如果要透彻地了解Java中的线程池，必须先了解这个类。

1、ThreadPoolExecutor类的四个构造方法。

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    .....
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue);

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory);

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

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
        BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);
    ...
}

构造方法参数讲解

参数名	作用
corePoolSize	核心线程池大小
maximumPoolSize	最大线程池大小
keepAliveTime	线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间；可以allowCoreThreadTimeOut(true)使得核心线程有效时间
TimeUnit	keepAliveTime时间单位
workQueue	阻塞任务队列
threadFactory	新建线程工厂
RejectedExecutionHandler	当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时，任务会交给RejectedExecutionHandler来处理

2、ThreadPoolExecutor类中有几个非常重要的方法

//主要是这四个方法
execute()
submit()
shutdown()
shutdownNow()

（1）execute()

execute()方法实际上是Executor中声明的方法，在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现，这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法，通过这个方法可以向线程池提交一个任务，交由线程池去执行。

源码

 public void execute(Runnable command) {
         /*如果提交的任务为null  抛出空指针异常*/
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();

        int c = ctl.get();
        /*如果当前的任务数小于等于设置的核心线程大小，那么调用addWorker直接执行该任务*/
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        /*如果当前的任务数大于设置的核心线程大小，而且当前的线程池状态时运行状态，那么向阻塞队列中添加任务*/
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
        /*如果向队列中添加失败，那么就新开启一个线程来执行该任务*/
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

它的主要意思就是：

    任务提交给线程池之后的处理策略，这里总结一下主要有4点
当线程池中的线程数小于corePoolSize 时，新提交的任务直接新建一个线程执行任务（不管是否有空闲线程）
当线程池中的线程数等于corePoolSize 时，新提交的任务将会进入阻塞队列（workQueue）中，等待线程的调度
当阻塞队列满了以后，如果corePoolSize < maximumPoolSize ,则新提交的任务会新建线程执行任务，直至线程数达到maximumPoolSize
当线程数达到maximumPoolSize 时，新提交的任务会由(饱和策略)管理

（2）submit()

submit()方法是在ExecutorService中声明的方法，在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现，在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写，这个方法也是用来向线程池提交任务的，但是它和execute()方法不同，它能够返回任务执行的结果，去看submit()方法的实现，会发现它实际上还是调用的execute()方法，只不过它利用了Future来获取任务执行结果。

（3）shutdown()和shutdownNow()

如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；

　　如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；

还有很多其他的方法：

　　比如：getQueue() 、getPoolSize() 、getActiveCount()、getCompletedTaskCount()等获取与线程池相关属性的方法，有兴趣的朋友可以自行查阅API。

三.使用示例

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //核心线程数5，最大线程数10，阻塞队列采用ArrayBlockingQueue,做多排队5个
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200, TimeUnit.MILLISECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5));

        for(int i=0;i<15;i++){
            MyTask myTask = new MyTask(i);
            executor.execute(myTask);
            System.out.println("线程池中线程数目："+executor.getPoolSize()+"，队列中等待执行的任务数目："+
            executor.getQueue().size()+"，已执行玩别的任务数目："+executor.getCompletedTaskCount());
        }
        executor.shutdown();
    }
}

class MyTask implements Runnable {
   private int taskNum;

   public MyTask(int num) {
       this.taskNum = num;
   }

   @Override
   public void run() {
       System.out.println("正在执行task "+taskNum);
       try {
           Thread.currentThread().sleep(4000);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }
       System.out.println("task "+taskNum+"执行完毕");
   }
}

运行结果：

正在执行task 0
线程池中线程数目：1，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：2，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：3，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 1
线程池中线程数目：4，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 2
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：1，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：2，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：3，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：4，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 3
正在执行task 4
线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
线程池中线程数目：6，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 10
线程池中线程数目：7，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 11
线程池中线程数目：8，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 12
线程池中线程数目：9，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 13
线程池中线程数目：10，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0
正在执行task 14
task 0执行完毕
task 1执行完毕
task 2执行完毕
正在执行task 5
task 4执行完毕
正在执行task 8
正在执行task 6
正在执行task 7
task 3执行完毕
正在执行task 9
task 10执行完毕
task 13执行完毕
task 12执行完毕
task 11执行完毕
task 14执行完毕
task 5执行完毕
task 8执行完毕
task 6执行完毕
task 7执行完毕
task 9执行完毕

运行结果随机一种可能

通过案例总结：

当线程数小于核心线程数(5)时会创建新线程,如果要执行的线程大于5，就先把任务放入队列中，如果队列最大容量5已经满了，那会在创建线程，直到最大达到最大线程数10。

注意

这里如果创建超过15个，比如将for循环中改成执行20个任务，就会抛出任务拒绝异常了。因为你的队列和最大线程数才15，如果有20个任务就会抛异常。

不过在java doc中，并不提倡我们直接使用ThreadPoolExecutor，而是使用Executors类中提供的几个静态方法来创建线程池

Executors.newCachedThreadPool();        //创建一个缓冲池，缓冲池容量大小为Integer.MAX_VALUE
Executors.newSingleThreadExecutor();   //创建容量为1的缓冲池
Executors.newFixedThreadPool(int);    //创建固定容量大小的缓冲池

下面是这三个静态方法的具体实现;

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

从它们的具体实现来看，它们实际上也是调用了ThreadPoolExecutor，只不过参数都已配置好了。

　　newFixedThreadPool创建的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值是相等的，它使用的LinkedBlockingQueue；

　　newSingleThreadExecutor将corePoolSize和maximumPoolSize都设置为1，也使用的LinkedBlockingQueue；

　　newCachedThreadPool将corePoolSize设置为0，将maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE，使用的SynchronousQueue，也就是说来了任务就创建线程运行，当线程空闲超过60秒，就销毁线程。

　　实际中，如果Executors提供的三个静态方法能满足要求，就尽量使用它提供的三个方法，因为自己去手动配置ThreadPoolExecutor的参数有点麻烦，要根据实际任务的类型和数量来进行配置。

四、用线程池和不用线程池的区别是什么？

public class ThreadCondition implements Runnable {

@Test
public void testThreadPool(){
   Runtime run=Runtime.getRuntime();//当前程序运行对象
    run.gc();//调用垃圾回收机制，减少内存误差
    Long freememroy=run.freeMemory();//获取当前空闲内存
    Long protime=System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<10000;i++){
      new Thread(new ThreadCondition()).start();
    }
    System.out.println("独立创建"+10000+"个线程需要的内存空间"+(freememroy-run.freeMemory()));
    System.out.println("独立创建"+10000+"个线程需要的系统时间"+(System.currentTimeMillis()-protime));

    System.out.println("---------------------------------");
    Runtime run2=Runtime.getRuntime();//当前程序运行对象
    run2.gc();//调用垃圾回收机制，减少内存误差
    Long freememroy2=run.freeMemory();//获取当前空闲内存
    Long protime2=System.currentTimeMillis();
   ExecutorService service=Executors.newFixedThreadPool(2);
    for(int i=0;i<10000;i++){
     service.execute(new ThreadCondition()) ;
    }
    System.out.println("线程池创建"+10000+"个线程需要的内存空间"+(freememroy2-run.freeMemory()));
    service.shutdown();

    System.out.println("线程池创建"+10000+"个线程需要的系统时间"+(System.currentTimeMillis()-protime2));

}

@Override
public void run() {
//null
}

}

运行结果：

这也就说明了，线程池的优势。

参考

1、Java并发编程：线程池的使用

2、用线程池和不用线程池的区别是什么？

3、线程池(ThreadPoolExecutor)源码分析之如何保证核心线程不被销毁的

想太多，做太少，中间的落差就是烦恼。想没有烦恼，要么别想，要么多做。少校【11】