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JAVA并发编程系列(11)线程池底层原理架构剖析

article 2024/9/28 20:08:43

面试官：说说JAVA线程池的几个核心参数？

之前我们用了10篇文章详细剖析了synchronized、volatile、CAS、AQS、ReentrantLock、Semaphore、CountDownLatch、CyclicBarrier、并发锁、Condition等各个核心基础原理，今天开始我们说说并发领域的各种工具包还有应用场景。

1、为什么要用线程池？

日常频繁创建和销毁线程是非常消耗系统资源的操作，会降低系统的整体性能。而线程池通过池化的管理思想，把线程的创建、任务调度、任务执行、任务等待、任务拒绝、销毁等全生命周期各个环节都进行统一管理，大幅提升系统性能，提高线程利用率以及任务响应。

2、线程池核心参数意义

一共有6个：

    
    private volatile ThreadFactory threadFactory;
  
    private volatile RejectedExecutionHandler handler;
    
    private volatile long keepAliveTime;//非核心线程空闲超时时间

    private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;

    private volatile int corePoolSize;//核心线程数量

    private volatile int maximumPoolSize;//最大线程数量

2.1 corePoolSize 核心线程数量

核心线程即使空闲，也不会被回收。如果当前线程数量小于corePoolSize，即使其他核心线程空闲，线程池也会新增创建一个线程来执行任务。

核心线程会一直存活在线程池里，但是如何设置了线程池的allowCoreThreadTimeOut为true，则核心线程空闲一定时间也会被回收。

private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut

2.2 maximumPoolSize最大线程数量

线程池最大线程数量maximumPoolSize = 核心线程数量corePoolSize + 非核心线程数量。

场景A：当线程数量>=核心线程数量，且等待队列未满，将任务加入到等待队列。

场景B：当队列已满，并且线程数量<maximumPoolSize ,就新增非核心线程。这种非核心线程就是在空闲时间大于keepAliveTime，就会被回收。

场景C：当队列已满，且线程数量大于等于maximumPoolSize，就触发拒绝策略handler拒绝任务。

2.3 keepAliveTime 线程空闲时间

keepAliveTime允许线程的最大的空闲存活时间。如果一个非核心线程在空闲状态下持续超过keepAliveTime了，就会被回收，以及线程池设置allowCoreThreadTimeOut为true，核心线程也会被回收。

2.4 workQueue任务存储队列

用于存储等待执行的任务。主要有三种类型。

第一个，直接提交SynchronousQueue，把任务直接提交给工作线程而不放到等待队列。这个队列不存储元素，newCachedThreadPool使用的就是这种同步移交队列，吞吐量比LinkedBlockingQueue大。

第二个，LinkedBlockingQueue无界队列，队列的最多容量为int的最大值，相当于无限容量。newFixedThreadPool和newSingleThreadPool使用的就是LinkedBlockingQueue，这个吞吐量比ArrayBlockingQueue高。

第三个，ArrayBlockingQueue有界队列，可以有效避免资源耗尽。

除了这三种，还有DelayQueue、PriorityBlockingQueue。

2.5 threadFactory线程工厂

线程工厂，用来创建线程。

2.6 handler拒绝策略

拒绝任务的策略。当线程数量达到最大线程数量maximumPoolSize，以及等待队列workQueue也满了，这时候需要用来拒绝任务提交时的策略handler。策略类型有抛异常、用调用者所在的线程执行任务、丢弃队列中第一个任务执行当前任务、直接丢弃任务）。

策略种类有：

AbortPolicy:直接抛出异常。

DiscardPolicy:丢弃任务，不抛异常。

DiscardOldestPolicy:将等待队列里等待最久的任务丢弃。

CallerRunsPolicy: 哪个线程提交的任务，哪个线程去处理。

4、有几种线程池？

JAVA线程池ThreadPoolExcutor,常见的有这四种线程池。

//初始化一个无限线程的线程池，无需等待队列
Executors.newCachedThreadPool()
//初始化一个支持周期性运行的线程池
Executors.newScheduledThreadPool(10);
//初始化固定数目线程的线程池
Executors.newFixedThreadPool(10);
//初始化仅有一个线程的线程池
Executors.newSingleThreadExecutor();

4.1 Executors.newCachedThreadPool()可缓存线程池

创建一个可缓存的线程池，如果线程数量大于处理任务时，空闲线程被回收；当提交任务增加时，又可以新建线程去处理任务。这种线程池的线程数无限制，corePoolSize数值为0， maximumPoolSize 的数值都是为 Integer.MAX_VALUE。

线程可复用性很高，可以减少频繁创建/销毁线程，减少系统开销。工作队列workQueue选用SynchronousQueue。

4.2 Executors.newScheduledThreadPool()定时调度线程池

也是固定长度的线程池，但是支持以延迟或者定时的方式去执行任务。

4.3 newSingleThreadExecutor()单线程的线程池

一个线程，corePoolSize 和 maximumPoolSize 的数值都是为 1，线程池里只有一个工作线程执行任务。若这个唯一的线程异常出问题了，会新建另一个线程来替代。所有任务在等待队列是FIFO顺序被执行。

4.4 Executors.newFixedThreadPool()固定长度线程池

每次提交任务的时候就会创建一个新的线程，直到达到线程池的最大数量限制，如何任务大于线程数量，就进入等待队列。 corePoolSize 和 maximumPoolSize 的数值相等。工作队列选用LinkedBlockingQueue。

最后，我们上一个线程池demo，固定线程池，每次最多N个线程在执行任务，其他任务等待。

package lading.java.mutithread;

import cn.hutool.core.date.DateTime;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * 固定线程池，线程数量为3
 * 提交多个count+1任务计算
 *
 */
public class Demo013ThreadPool {
    //计算任务count
    public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public static void main(String[] args) {
        //固定数量线程池
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
        Executors.newScheduledThreadPool(10);
        //提交20次，对count+1的任务
        for (int i = 1; i < 20 + 1; i++) {
            service.submit(new Thread(() -> {
                //模拟每次计算耗时2s
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                //完成本次对count+1计算任务
                System.out.println(DateTime.now().toString("YYYY-MM-dd hh:mm:ss") + " " +Thread.currentThread().getName() + "线程 执行计算任务:" + count.incrementAndGet());
            }));
        }
        service.shutdown();
    }
}

每次只有三个线程在运行任务，其他任务等之前任务执行完成后再执行。