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Java執行緒池ThreadPoolExecutor類別的使用方法

王林
發布： 2023-04-26 13:31:15
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在《阿里巴巴java開發手冊》中指出了線程資源必須透過線程池提供，不允許在應用中自行顯示的創建線程，這樣一方面是線程的創建更加規範，可以合理控制開闢線程的數量；另一方面執行緒的細節管理交給執行緒池處理，優化了資源的開銷。而線程池不允許使用Executors去創建，而要透過ThreadPoolExecutor方式，這一方面是由於jdk中Executor框架雖然提供瞭如newFixedThreadPool()、newSingleThreadExecutor()、newCachedThreadPool()等創建線程池的方法，但都有其局限性，不夠靈活；另外由於前面幾種方法內部也是透過ThreadPoolExecutor方式實現，使用ThreadPoolExecutor有助於大家明確線程池的運行規則，創建符合自己的業務場景需要的線程池，避免資源耗盡的風險。

下面我們就對ThreadPoolExecutor的使用方法做一個詳細的概述。

首先看下ThreadPoolExecutor的建構子

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }
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建構子的參數意義如下：

corePoolSize:指定了執行緒池中的執行緒數量，它的數量決定了添加的任務是開闢新的執行緒去執行，還是放到workQueue任務佇列中去；

maximumPoolSize:指定了執行緒池中的最大執行緒數量，這個參數會根據你使用的workQueue任務佇列的類型，決定執行緒池會開闢的最大執行緒數；

keepAliveTime:當執行緒池中空閒執行緒數超過corePoolSize時，多餘的執行緒會在多長時間內被銷毀；

unit:keepAliveTime的單位

workQueue:任務佇列，被加入到執行緒池中，但尚未被執行的任務；它一般分為直接提交佇列、有界任務佇列、無界任務佇列、優先任務佇列幾種；

threadFactory:執行緒工廠，用於建立線程，一般用預設即可；

handler:拒絕策略；當任務太多來不及處理時，如何拒絕任務；

接下來我們對其中比較重要參數做進一步的了解：

一、workQueue任務隊列

上面我們已經介紹過了，它一般分為直接提交隊列、有界任務隊列、無界任務佇列、優先任務佇列；

1、直接提交佇列：設定為SynchronousQueue佇列，SynchronousQueue是一個特殊的BlockingQueue，它沒有容量，沒執行一個插入操作就會阻塞，需要再執行一個刪除操作才會被喚醒，反之每一個刪除操作也要等待對應的插入操作。 

public class ThreadPool {
    private static ExecutorService pool;
    public static void main( String[] args )
    {
        //maximumPoolSize设置为2 ，拒绝策略为AbortPolic策略，直接抛出异常
        pool = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>(),Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        for(int i=0;i<3;i++) {
            pool.execute(new ThreadTask());
        }   
    }
}

public class ThreadTask implements Runnable{
    
    public ThreadTask() {
        
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
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輸出結果為

pool-1-thread-1
pool-1-thread-2
Exception in thread "main" java.util.concurrent .RejectedExecutionException: Task com.hhxx.test.ThreadTask@55f96302 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@3d4eac69[Running, pool size = 2, active threads = 0, queques = 3ks. at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(Unknown Source)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(Unknown Source)##not c)>
    at com.hhxx.test.ThreadPool.main(ThreadPool.java:17)

可以看到，當任務佇列為SynchronousQueue，建立的執行緒數大於maximumPoolSize時，直接執行了拒絕策略拋出異常。

使用SynchronousQueue佇列，提交的任務不會被儲存，總是會馬上提交執行。如果用於執行任務的執行緒數量小於maximumPoolSize，則嘗試建立新的進程，如果達到maximumPoolSize設定的最大值，則根據你設定的handler執行拒絕策略。因此這種方式你提交的任務不會被緩存起來，而是會被馬上執行，在這種情況下，你需要對你程式的並發量有個準確的評估，才能設定合適的maximumPoolSize數量，否則很容易就會執行拒絕策略；

2、有界的任務佇列：有界的任務佇列可以使用ArrayBlockingQueue實現，如下所示

pool = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10),Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
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使用ArrayBlockingQueue有界任務佇列，若有當新的任務需要執行時，線程池會建立新的線程，直到建立的線程數量達到corePoolSize時，會將新的任務加入等待佇列。若等待佇列已滿，即超過ArrayBlockingQueue初始化的容量，則繼續建立線程，直到線程數量達到maximumPoolSize設定的最大線程數量，若大於maximumPoolSize，則執行拒絕策略。在這種情況下，執行緒數量的上限與有界任務佇列的狀態有直接關係，如果有界佇列初始容量較大或未達到超負荷的狀態，執行緒數將一直維持在corePoolSize以下，反之當任務佇列已滿時，則會以maximumPoolSize為最大執行緒數上限。

3、無界的任務佇列：有界任務佇列可以使用LinkedBlockingQueue實現，如下所示

pool = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
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使用无界任务队列，线程池的任务队列可以无限制的添加新的任务，而线程池创建的最大线程数量就是你corePoolSize设置的数量，也就是说在这种情况下maximumPoolSize这个参数是无效的，哪怕你的任务队列中缓存了很多未执行的任务，当线程池的线程数达到corePoolSize后，就不会再增加了；若后续有新的任务加入，则直接进入队列等待，当使用这种任务队列模式时，一定要注意你任务提交与处理之间的协调与控制，不然会出现队列中的任务由于无法及时处理导致一直增长，直到最后资源耗尽的问题。

4、优先任务队列：优先任务队列通过PriorityBlockingQueue实现，下面我们通过一个例子演示下

public class ThreadPool {
    private static ExecutorService pool;
    public static void main( String[] args )
    {
        //优先任务队列
        pool = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, new PriorityBlockingQueue<Runnable>(),Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
          
        for(int i=0;i<20;i++) {
            pool.execute(new ThreadTask(i));
        }    
    }
}

public class ThreadTask implements Runnable,Comparable<ThreadTask>{
    
    private int priority;
    public int getPriority() {
        return priority;
    public void setPriority(int priority) {
        this.priority = priority;
    public ThreadTask() {
        
    public ThreadTask(int priority) {
    //当前对象和其他对象做比较，当前优先级大就返回-1，优先级小就返回1,值越小优先级越高
    public int compareTo(ThreadTask o) {
         return  this.priority>o.priority?-1:1;
    public void run() {
        try {
            //让线程阻塞，使后续任务进入缓存队列
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("priority:"+this.priority+",ThreadName:"+Thread.currentThread().getName());
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
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我们来看下执行的结果情况

priority:0,ThreadName:pool-1-thread-1
priority:9,ThreadName:pool-1-thread-1
priority:8,ThreadName:pool-1-thread-1
priority:7,ThreadName:pool-1-thread-1
priority:6,ThreadName:pool-1-thread-1
priority:5,ThreadName:pool-1-thread-1
priority:4,ThreadName:pool-1-thread-1
priority:3,ThreadName:pool-1-thread-1
priority:2,ThreadName:pool-1-thread-1
priority:1,ThreadName:pool-1-thread-1

大家可以看到除了第一个任务直接创建线程执行外，其他的任务都被放入了优先任务队列，按优先级进行了重新排列执行，且线程池的线程数一直为corePoolSize，也就是只有一个。

通过运行的代码我们可以看出PriorityBlockingQueue它其实是一个特殊的无界队列，它其中无论添加了多少个任务，线程池创建的线程数也不会超过corePoolSize的数量，只不过其他队列一般是按照先进先出的规则处理任务，而PriorityBlockingQueue队列可以自定义规则根据任务的优先级顺序先后执行。

二、拒绝策略

一般我们创建线程池时，为防止资源被耗尽，任务队列都会选择创建有界任务队列，但种模式下如果出现任务队列已满且线程池创建的线程数达到你设置的最大线程数时，这时就需要你指定ThreadPoolExecutor的RejectedExecutionHandler参数即合理的拒绝策略，来处理线程池"超载"的情况。ThreadPoolExecutor自带的拒绝策略如下：

1、AbortPolicy策略：该策略会直接抛出异常，阻止系统正常工作；

2、CallerRunsPolicy策略：如果线程池的线程数量达到上限，该策略会把任务队列中的任务放在调用者线程当中运行；

3、DiscardOledestPolicy策略：该策略会丢弃任务队列中最老的一个任务，也就是当前任务队列中最先被添加进去的，马上要被执行的那个任务，并尝试再次提交；

4、DiscardPolicy策略：该策略会默默丢弃无法处理的任务，不予任何处理。当然使用此策略，业务场景中需允许任务的丢失；

以上内置的策略均实现了RejectedExecutionHandler接口，当然你也可以自己扩展RejectedExecutionHandler接口，定义自己的拒绝策略，我们看下示例代码：

public class ThreadPool {
    private static ExecutorService pool;
    public static void main( String[] args )
    {
        //自定义拒绝策略
        pool = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5),
                Executors.defaultThreadFactory(), new RejectedExecutionHandler() {
            public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
                System.out.println(r.toString()+"执行了拒绝策略");
                
            }
        });
          
        for(int i=0;i<10;i++) {
            pool.execute(new ThreadTask());
        }    
    }
}

public class ThreadTask implements Runnable{    
    public void run() {
        try {
            //让线程阻塞，使后续任务进入缓存队列
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("ThreadName:"+Thread.currentThread().getName());
        } catch (InterruptedException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
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输出结果：

com.hhxx.test.ThreadTask@33909752执行了拒绝策略
com.hhxx.test.ThreadTask@55f96302执行了拒绝策略
com.hhxx.test.ThreadTask@3d4eac69执行了拒绝策略
ThreadName:pool-1-thread-2
ThreadName:pool-1-thread-1
ThreadName:pool-1-thread-1
ThreadName:pool-1-thread-2
ThreadName:pool-1-thread-1
ThreadName:pool-1-thread-2
ThreadName:pool-1-thread-1

可以看到由于任务加了休眠阻塞，执行需要花费一定时间，导致会有一定的任务被丢弃，从而执行自定义的拒绝策略；

三、ThreadFactory自定义线程创建

线程池中线程就是通过ThreadPoolExecutor中的ThreadFactory，线程工厂创建的。那么通过自定义ThreadFactory，可以按需要对线程池中创建的线程进行一些特殊的设置，如命名、优先级等，下面代码我们通过ThreadFactory对线程池中创建的线程进行记录与命名

public class ThreadPool {
    private static ExecutorService pool;
    public static void main( String[] args )
    {
        //自定义线程工厂
        pool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5),
                new ThreadFactory() {
            public Thread newThread(Runnable r) {
                System.out.println("线程"+r.hashCode()+"创建");
                //线程命名
                Thread th = new Thread(r,"threadPool"+r.hashCode());
                return th;
            }
        }, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
          
        for(int i=0;i<10;i++) {
            pool.execute(new ThreadTask());
        }    
    }
}

public class ThreadTask implements Runnable{    
    public void run() {
        //输出执行线程的名称
        System.out.println("ThreadName:"+Thread.currentThread().getName());
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我们看下输出结果

线程118352462创建
线程1550089733创建
线程865113938创建
ThreadName:threadPool1550089733
ThreadName:threadPool118352462
线程1442407170创建
ThreadName:threadPool1550089733
ThreadName:threadPool1550089733
ThreadName:threadPool1550089733
ThreadName:threadPool865113938
ThreadName:threadPool865113938
ThreadName:threadPool118352462
ThreadName:threadPool1550089733
ThreadName:threadPool1442407170

可以看到线程池中，每个线程的创建我们都进行了记录输出与命名。

四、ThreadPoolExecutor扩展

ThreadPoolExecutor扩展主要是围绕beforeExecute()、afterExecute()和terminated()三个接口实现的，

1、beforeExecute：线程池中任务运行前执行

2、afterExecute：线程池中任务运行完毕后执行

3、terminated：线程池退出后执行

通过这三个接口我们可以监控每个任务的开始和结束时间，或者其他一些功能。下面我们可以通过代码实现一下

public class ThreadPool {
    private static ExecutorService pool;
    public static void main( String[] args ) throws InterruptedException
    {
        //实现自定义接口
        pool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5),
                new ThreadFactory() {
            public Thread newThread(Runnable r) {
                System.out.println("线程"+r.hashCode()+"创建");
                //线程命名
                Thread th = new Thread(r,"threadPool"+r.hashCode());
                return th;
            }
        }, new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()) {
    
            protected void beforeExecute(Thread t,Runnable r) {
                System.out.println("准备执行："+ ((ThreadTask)r).getTaskName());
            }
            
            protected void afterExecute(Runnable r,Throwable t) {
                System.out.println("执行完毕："+((ThreadTask)r).getTaskName());
            }
            
            protected void terminated() {
                System.out.println("线程池退出");
            }
        };
          
        for(int i=0;i<10;i++) {
            pool.execute(new ThreadTask("Task"+i));
        }    
        pool.shutdown();
    }
}

public class ThreadTask implements Runnable{    
    private String taskName;
    public String getTaskName() {
        return taskName;
    }
    public void setTaskName(String taskName) {
        this.taskName = taskName;
    }
    public ThreadTask(String name) {
        this.setTaskName(name);
    }
    public void run() {
        //输出执行线程的名称
        System.out.println("TaskName"+this.getTaskName()+"---ThreadName:"+Thread.currentThread().getName());
    }
}
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我看下输出结果

线程118352462创建
线程1550089733创建
准备执行：Task0
准备执行：Task1
TaskNameTask0---ThreadName:threadPool118352462
线程865113938创建
执行完毕：Task0
TaskNameTask1---ThreadName:threadPool1550089733
执行完毕：Task1
准备执行：Task3
TaskNameTask3---ThreadName:threadPool1550089733
执行完毕：Task3
准备执行：Task2
准备执行：Task4
TaskNameTask4---ThreadName:threadPool1550089733
执行完毕：Task4
准备执行：Task5
TaskNameTask5---ThreadName:threadPool1550089733
执行完毕：Task5
准备执行：Task6
TaskNameTask6---ThreadName:threadPool1550089733
执行完毕：Task6
准备执行：Task8
TaskNameTask8---ThreadName:threadPool1550089733
执行完毕：Task8
准备执行：Task9
TaskNameTask9---ThreadName:threadPool1550089733
准备执行：Task7
执行完毕：Task9
TaskNameTask2---ThreadName:threadPool118352462
TaskNameTask7---ThreadName:threadPool865113938
执行完毕：Task7
执行完毕：Task2
线程池退出

可以看到通过对beforeExecute()、afterExecute()和terminated()的实现，我们对线程池中线程的运行状态进行了监控，在其执行前后输出了相关打印信息。另外使用shutdown方法可以比较安全的关闭线程池，当线程池调用该方法后，线程池中不再接受后续添加的任务。但是，此时线程池不会立刻退出，直到添加到线程池中的任务都已经处理完成，才会退出。

五、线程池线程数量

线程吃线程数量的设置没有一个明确的指标，根据实际情况，只要不是设置的偏大和偏小都问题不大，结合下面这个公式即可

/**
             * Nthreads=CPU数量
             * Ucpu=目标CPU的使用率，0<=Ucpu<=1
             * W/C=任务等待时间与任务计算时间的比率
             */
            Nthreads = Ncpu*Ucpu*(1+W/C)
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以上是Java執行緒池ThreadPoolExecutor類別的使用方法的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！

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來源：yisu.com
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