亲宝软件园·资讯

展开

java中常见的6种线程池示例详解

AnonyStar 人气:0

  • 之前我们介绍了线程池的四种拒绝策略，了解了线程池参数的含义，那么今天我们来聊聊Java 中常见的几种线程池，以及在jdk7 加入的 ForkJoin 新型线程池
  • 首先我们列出Java 中的六种线程池如下


线程池名称 描述
FixedThreadPool 核心线程数与最大线程数相同
SingleThreadExecutor 一个线程的线程池
CachedThreadPool 核心线程为0，最大线程数为Integer. MAX_VALUE
ScheduledThreadPool 指定核心线程数的定时线程池
SingleThreadScheduledExecutor 单例的定时线程池
ForkJoinPool JDK 7 新加入的一种线程池

在了解集中线程池时我们先来熟悉一下主要几个类的关系， ThreadPoolExecutor 的类图，以及 Executors 的主要方法：

上面看到的类图，方便帮助下面的理解和查看，我们可以看到一个核心类 ExecutorService , 这是我们线程池都实现的基类，我们接下来说的都是它的实现类。

FixedThreadPool

FixedThreadPool 线程池的特点是它的核心线程数和最大线程数一样，我们可以看它的实现代码在 Executors#newFixedThreadPool(int) 中，如下：

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

我们可以看到方法内创建线程调用的实际是 ThreadPoolExecutor 类，这是线程池的核心执行器，传入的 nThread 参数作为核心线程数和最大线程数传入，队列采用了一个链表结构的有界队列。

  • 这种线程池我们可以看作是固定线程数的线程池，它只有在开始初始化的时候线程数会从0开始创建，但是创建好后就不再销毁，而是全部作为常驻线程池，这里如果对线程池参数不理解的可以看之前文章 《解释线程池各个参数的含义》。
  • 对于这种线程池他的第三个和第四个参数是没意义，它们是空闲线程存活时间，这里都是常驻不存在销毁，当线程处理不了时会加入到阻塞队列，这是一个链表结构的有界阻塞队列，最大长度是Integer. MAX_VALUE

SingleThreadExecutor

SingleThreadExecutor 线程的特点是它的核心线程数和最大线程数均为1，我们也可以将其任务是一个单例线程池，它的实现代码是 Executors#newSingleThreadExcutor() , 如下：

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

 public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
 return new FinalizableDelegatedExecutorService
 (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
   0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
   new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
   threadFactory));
 }
  • 上述代码中我们发现它有一个重载函数，传入了一个ThreadFactory 的参数，一般在我们开发中会传入我们自定义的线程创建工厂，如果不传入则会调用默认的线程工厂
  • 我们可以看到它与 FixedThreadPool 线程池的区别仅仅是核心线程数和最大线程数改为了1，也就是说不管任务多少，它只会有唯一的一个线程去执行
  • 如果在执行过程中发生异常等导致线程销毁，线程池也会重新创建一个线程来执行后续的任务
  • 这种线程池非常适合所有任务都需要按被提交的顺序来执行的场景，是个单线程的串行。

CachedThreadPool

cachedThreadPool 线程池的特点是它的常驻核心线程数为0，正如其名字一样，它所有的县城都是临时的创建，关于它的实现在 Executors#newCachedThreadPool() 中，代码如下：

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

 public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
 return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
   60L, TimeUnit.SECONDS,
   new SynchronousQueue<Runnable>(),
   threadFactory);
 }
  • 从上述代码中我们可以看到 CachedThreadPool 线程池中，最大线程数为 Integer.MAX_VALUE , 意味着他的线程数几乎可以无限增加。
  • 因为创建的线程都是临时线程，所以他们都会被销毁，这里空闲 线程销毁时间是60秒，也就是说当线程在60秒内没有任务执行则销毁
  • 这里我们需要注意点，它使用了 SynchronousQueue 的一个阻塞队列来存储任务，这个队列是无法存储的，因为他的容量为0，它只负责对任务的传递和中转，效率会更高，因为核心线程都为0，这个队列如果存储任务不存在意义。

ScheduledThreadPool

ScheduledThreadPool 线程池是支持定时或者周期性执行任务，他的创建代码 Executors.newSchedsuledThreadPool(int) 中，如下所示：

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

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

我们发现这里调用了 ScheduledThreadPoolExecutor 这个类的构造函数，进一步查看发现 ScheduledThreadPoolExecutor 类是一个继承了 ThreadPoolExecutor 的，同时实现了 ScheduledExecutorService 接口，我们看到它的几个构造函数都是调用父类 ThreadPoolExecutor 的构造函数

 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
 super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
 new DelayedWorkQueue());
 }

 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
   ThreadFactory threadFactory) {
 super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
 new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
 }

 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
   RejectedExecutionHandler handler) {
 super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
 new DelayedWorkQueue(), handler);
 }

 public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
   ThreadFactory threadFactory,
   RejectedExecutionHandler handler) {
 super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
 new DelayedWorkQueue(), threadFactory, handler);
 }

从上面代码我们可以看到和其他线程池创建并没有差异，只是这里的任务队列是 DelayedWorkQueue 关于阻塞丢列我们下篇文章专门说，这里我们先创建一个周期性的线程池来看一下

 public static void main(String[] args) {
 ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(5);
 // 1. 延迟一定时间执行一次
 service.schedule(() ->{
 System.out.println("schedule ==> 云栖简码-i-code.online");
 },2, TimeUnit.SECONDS);

 // 2. 按照固定频率周期执行
 service.scheduleAtFixedRate(() ->{
 System.out.println("scheduleAtFixedRate ==> 云栖简码-i-code.online");
 },2,3,TimeUnit.SECONDS);

 //3. 按照固定频率周期执行
 service.scheduleWithFixedDelay(() -> {
 System.out.println("scheduleWithFixedDelay ==> 云栖简码-i-code.online");
 },2,5,TimeUnit.SECONDS);

 }

上面代码是我们简单创建了 newScheduledThreadPool ，同时演示了里面的三个核心方法，首先看执行的结果：

首先我们看第一个方法 schedule , 它有三个参数，第一个参数是线程任务，第二个 delay 表示任务执行延迟时长，第三个 unit 表示延迟时间的单位，如上面代码所示就是延迟两秒后执行任务

 public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,
   long delay, TimeUnit unit);

第二个方法是 scheduleAtFixedRate 如下, 它有四个参数， command 参数表示执行的线程任务 ， initialDelay 参数表示第一次执行的延迟时间， period 参数表示第一次执行之后按照多久一次的频率来执行，最后一个参数是时间单位。如上面案例代码所示，表示两秒后执行第一次，之后按每隔三秒执行一次

 public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
    long initialDelay,
    long period,
    TimeUnit unit);

第三个方法是 scheduleWithFixedDelay 如下，它与上面方法是非常类似的，也是周期性定时执行, 参数含义和上面方法一致。这个方法和 scheduleAtFixedRate 的区别主要在于时间的起点计时不同

 public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,
    long initialDelay,
    long delay,
    TimeUnit unit);

scheduleAtFixedRate 是以任务开始的时间为时间起点来计时，时间到就执行第二次任务，与任务执行所花费的时间无关；而 scheduleWithFixedDelay 是以任务执行结束的时间点作为计时的开始。如下所示

SingleThreadScheduledExecutor 它实际和 ScheduledThreadPool 线程池非常相似，它只是 ScheduledThreadPool 的一个特例，内部只有一个线程，它只是将 ScheduledThreadPool 的核心线程数设置为了 1。如源码所示：

 public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
 return new DelegatedScheduledExecutorService
 (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
 }

上面我们介绍了五种常见的线程池，对于这些线程池我们可以从核心线程数、最大线程数、存活时间三个维度进行一个简单的对比，有利于我们加深对这几种线程池的记忆。 

FixedThreadPool SingleThreadExecutor CachedThreadPool ScheduledThreadPool SingleThreadScheduledExecutor
corePoolSize 构造函数传入 1 0 构造函数传入 1
maxPoolSize 同corePoolSize 1 Integer. MAX_VALUE Integer. MAX_VALUE Integer. MAX_VALUE
keepAliveTime 0 0 60 0 0

ForkJoinPool ForkJoinPool 这是一个在 JDK7 引入的新新线程池，它的主要特点是可以充分利用多核 CPU , 可以把一个任务拆分为多个子任务，这些子任务放在不同的处理器上并行执行，当这些子任务执行结束后再把这些结果合并起来，这是一种分治思想。 ForkJoinPool 也正如它的名字一样，第一步进行 Fork 拆分，第二步进行 Join 合并，我们先来看一下它的类图结构

ForkJoinPool 的使用也是通过调用 submit(ForkJoinTask<T> task) 或 invoke(ForkJoinTask<T> task) 方法来执行指定任务了。其中任务的类型是 ForkJoinTask 类，它代表的是一个可以合并的子任务，他本身是一个抽象类，同时还有两个常用的抽象子类 RecursiveAction 和 RecursiveTask ，其中 RecursiveTask 表示的是有返回值类型的任务，而 RecursiveAction 则表示无返回值的任务。下面是它们的类图：

下面我们通过一个简单的代码先来看一下如何使用 ForkJoinPool 线程池

/**
 * @url: i-code.online
 * @author: AnonyStar
 * @time: 2020/11/2 10:01
 */
public class ForkJoinApp1 {

 /**
 目标： 打印0-200以内的数字，进行分段每个间隔为10以上，测试forkjoin
 */
 public static void main(String[] args) {
 // 创建线程池，
 ForkJoinPool joinPool = new ForkJoinPool();
 // 创建根任务
 SubTask subTask = new SubTask(0,200);
 // 提交任务
 joinPool.submit(subTask);
 //让线程阻塞等待所有任务完成 在进行关闭
 try {
 joinPool.awaitTermination(2, TimeUnit.SECONDS);
 } catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
 }
 joinPool.shutdown();
 }
}

class SubTask extends RecursiveAction {

 int startNum;
 int endNum;

 public SubTask(int startNum,int endNum){
 super();
 this.startNum = startNum;
 this.endNum = endNum;
 }

 @Override
 protected void compute() {

 if (endNum - startNum < 10){
 // 如果分裂的两者差值小于10 则不再继续，直接打印
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+": [startNum:"+startNum+",endNum:"+endNum+"]");
 }else {
 // 取中间值
 int middle = (startNum + endNum) / 2;
 //创建两个子任务，以递归思想，
 SubTask subTask = new SubTask(startNum,middle);
 SubTask subTask1 = new SubTask(middle,endNum);
 //执行任务， fork() 表示异步的开始执行
 subTask.fork();
 subTask1.fork();
 }
 }
}

结果：

从上面的案例我们可以看到我们，创建了很多个线程执行，因为我测试的电脑是12线程的，所以这里实际是创建了12个线程，也侧面说明了充分调用了每个处理的线程处理能力 上面案例其实我们发现很熟悉的味道，那就是以前接触过的递归思想，将上面的案例图像化如下，更直观的看到，

上面的例子是无返回值的案例，下面我们来看一个典型的有返回值的案例，相信大家都听过及很熟悉斐波那契数列，这个数列有个特点就是最后一项的结果等于前两项的和，如： 0，1，1，2，3，5...f(n-2)+f(n-1) , 即第0项为0 ，第一项为1，则第二项为 0+1=1 ，以此类推。我们最初的解决方法就是使用递归来解决，如下计算第n项的数值：

 private int num(int num){
 if (num <= 1){
 return num;
 }
 num = num(num-1) + num(num -2);
 return num;
 }

从上面简单代码中可以看到，当 n<=1 时返回 n , 如果 n>1 则计算前一项的值 f1 ，在计算前两项的值 f2 , 再将两者相加得到结果，这就是典型的递归问题，也是对应我们的 ForkJoin 的工作模式，如下所示，根节点产生子任务，子任务再次衍生出子子任务，到最后在进行整合汇聚，得到结果。

我们通过 ForkJoinPool 来实现斐波那契数列的计算，如下展示：

/**
 * @url: i-code.online
 * @author: AnonyStar
 * @time: 2020/11/2 10:01
 */
public class ForkJoinApp3 {

 public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
 ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool();
 //计算第二是项的数值
 final ForkJoinTask<Integer> submit = pool.submit(new Fibonacci(20));
 // 获取结果，这里获取的就是异步任务的最终结果
 System.out.println(submit.get());

 }
}

class Fibonacci extends RecursiveTask<Integer>{

 int num;
 public Fibonacci(int num){
 this.num = num;
 }

 @Override
 protected Integer compute() {
 if (num <= 1) return num;
 //创建子任务
 Fibonacci subTask1 = new Fibonacci(num - 1);
 Fibonacci subTask2 = new Fibonacci(num - 2);
 // 执行子任务
 subTask1.fork();
 subTask2.fork();
 //获取前两项的结果来计算和
 return subTask1.join()+subTask2.join();
 }
}

通过 ForkJoinPool 可以极大的发挥多核处理器的优势，尤其非常适合用于递归的场景，例如树的遍历、最优路径搜索等场景。 上面说的是 ForkJoinPool 的使用上的，下面我们来说一下其内部的构造，对于我们前面说的几种线程池来说，它们都是里面只有一个队列，所有的线程共享一个。但是在 ForkJoinPool 中，其内部有一个共享的任务队列，除此之外每个线程都有一个对应的双端队列 Deque , 当一个线程中任务被 Fork 分裂了，那么分裂出来的子任务就会放入到对应的线程自己的 Deque 中，而不是放入公共队列。这样对于每个线程来说成本会降低很多，可以直接从自己线程的队列中获取任务而不需要去公共队列中争夺，有效的减少了线程间的资源竞争和切换。

有一种情况，当线程有多个如 t1,t2,t3... ，在某一段时间线程 t1 的任务特别繁重，分裂了数十个子任务，但是线程 t0 此时却无事可做，它自己的 deque 队列为空，这时为了提高效率， t0 就会想办法帮助 t1 执行任务，这就是“ work-stealing ”的含义。 双端队列 deque 中，线程 t1 获取任务的逻辑是后进先出，也就是 LIFO（Last In Frist Out） ，而线程 t0 在“ steal ”偷线程 t1 的 deque 中的任务的逻辑是先进先出，也就是 FIFO（Fast In Frist Out） ，如图所示，图中很好的描述了两个线程使用双端队列分别获取任务的情景。你可以看到，使用 “ work-stealing ” 算法和双端队列很好地平衡了各线程的负载。

总结

加载全部内容
相关教程
猜你喜欢
用户评论