Java線程池Executor怎麼使用-java教程-PHP中文網

線程池類別圖

Java線程池Executor怎麼使用

#我們最常使用的Executors實作建立執行緒池使用執行緒主要是用上述類別圖中提供的類別。在上邊的類別圖中，包含了一個Executor框架，它是一個根據一組執行策略的呼叫調度執行和控制非同步任務的框架，目的是提供一個將任務提交與任務如何運行分開的機制。它包含了三個executor介面：

Executor:運行新任務的簡單介面
ExecutorService：擴充了Executor，新增了用來管理執行器生命週期和任務生命週期的方法
ScheduleExcutorService：擴展了ExecutorService，支援Future和定期執行任務

線程池的好處

降低資源消耗-重複使用存在的線程，減少物件建立、消亡的開銷，效能好
提高反應速度 -可有效控制最大並發執行緒數，提高系統資源利用率，同時可以避免過多資源競爭，避免阻塞。當任務到達時，任務可不用等待執行緒建立就能立即執行
提高執行緒的可管理性-提供定時執行、定期執行、單執行緒、並發數控制等功能。

new Thread的弊端

每次new Thread 新建對象，效能差
##線程缺乏統一管理，可能無限制的新建線程，相互競爭，可能佔用過多的系統資源導致死機或者OOM（out of memory 內存溢出），這種問題的原因不是因為單純的new一個Thread，而是可能因為程式的bug或設計上的缺陷導致不斷new Thread造成的。
缺少更多功能，如更多執行、定期執行、執行緒中斷。

執行緒池核心類別-ThreadPoolExecutor

參數說明：ThreadPoolExecutor一共有七個參數，這七個參數配合起來，構成了執行緒池強大的功能。

corePoolSize：核心執行緒數量

maximumPoolSize：執行緒最大執行緒數

workQueue：阻塞佇列，儲存等待執行的任務，很重要，會對執行緒池運行過程產生重大影響

當我們提交一個新的任務到執行緒池，執行緒池會根據目前池中正在運行的執行緒數量來決定該任務的處理方式。處理方式有三種：

1、直接切換（SynchronusQueue）

#2、無界佇列（LinkedBlockingQueue）能夠建立的最大執行緒數為corePoolSize,這時maximumPoolSize就不會起作用了。當執行緒池中所有的核心執行緒都是運行狀態的時候，新的任務提交就會放入等待佇列中。

3、有界隊列（ArrayBlockingQueue）最大maximumPoolSize，能夠降低資源消耗，但是這種方式使得執行緒池對執行緒調度變的更困難。因為線程池與隊列容量都是有限的。所以想讓線程池的吞吐率和處理任務達到一個合理的範圍，又想使我們的線程調度相對簡單，並且還盡可能降低資源的消耗，我們就需要合理的限制這兩個數量分配技巧： [如果想要降低資源的消耗包括降低cpu使用率、作業系統資源的消耗、上下文切換的開銷等等，可以設定一個較大的佇列容量和較小的執行緒池容量，這會降低執行緒池的吞吐量。如果我們提交的任務經常發生阻塞，我們可以調整maximumPoolSize。如果我們的佇列容量較小，我們需要把線程池大小設定的大一些，這樣cpu的使用率相對來說會高一些。但是如果執行緒池的容量設定的過大，提高任務的數量過多的時候，並發量會增加，那麼執行緒之間的調度就是一個需要考慮的問題。這樣反而可能會降低處理任務的吞吐量。 ]

keepAliveTime：執行緒沒有任務執行時最多保持多久時間終止（當執行緒中的執行緒數大於corePoolSize的時候，如果這時沒有新的任務提交核心執行緒外的執行緒不會立即銷毀，而是等待，直到超過keepAliveTime）

unit：keepAliveTime的時間單位

threadFactory：執行緒工廠，用來創建線程，有一個預設的工場來創建線程，這樣新創建出來的線程有相同的優先權，是非守護線程、設定好了名稱）

rejectHandler：當拒絕處理任務時(阻塞佇列滿)的策略（AbortPolicy預設策略直接拋出例外狀況、CallerRunsPolicy用呼叫者所在的執行緒執行任務、DiscardOldestPolicy丟棄佇列中最靠前的任務並執行目前任務、DiscardPolicy直接丟棄目前任務）

Java線程池Executor怎麼使用

corePoolSize、maximumPoolSize、workQueue 三者關係：如果執行的執行緒數小於corePoolSize的時候，直接建立新執行緒來處理任務。即使線程池中的其他線程是空閒的。如果執行中的執行緒數大於corePoolSize且小於maximumPoolSize時，那麼只有當workQueue滿的時候才會建立新的執行緒去處理任務。如果corePoolSize與maximumPoolSize是相同的，那麼建立的執行緒池大小是固定的。這時有新任務提交，當workQueue未滿時，就把請求放入workQueue中。等待空執行緒從workQueue取出任務。如果workQueue此時也滿了，那就使用另外的拒絕策略參數去執行拒絕策略。

初始化方法：由七個參數組合成四個初始化方法

Java線程池Executor怎麼使用

#其他方法：

execute();	//提交任务，交给线程池执行	
submit();//提交任务，能够返回执行结果 execute+Future
shutdown();//关闭线程池，等待任务都执行完
shutdownNow();//关闭线程池，不等待任务执行完
getTaskCount();//线程池已执行和未执行的任务总数
getCompleteTaskCount();//已完成的任务数量
getPoolSize();//线程池当前的线程数量
getActiveCount();//当前线程池中正在执行任务的线程数量

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執行緒池生命週期：

Java線程池Executor怎麼使用

running：能接受新提交的任務，也能處理阻塞佇列中的任務
##shutdown ：不能處理新的任務，但是能繼續處理阻塞佇列中任務
stop：不能接收新的任務，也不處理佇列中的任務
#tidying：如果所有的任務都已經終止了，這時有效執行緒數為0
#terminated：最終狀態

使用Executors建立執行緒池

使用Executors可以建立四種執行緒池：分別對應上邊提到的四種執行緒池初始化方法

Executors.newCachedThreadPool

#newCachedThreadPool是一個根據需要創建新線程的線程池，當一個任務提交時，corePoolSize為0不創建核心線程，SynchronousQueue是一個不存儲元素的隊列，可以理解為隊裡永遠是滿的，因此最終會創建非核心線程來執行任務。對於非核心執行緒空閒60s時將被回收。因為Integer.MAX_VALUE非常大，可以認為是可以無限建立執行緒的，在資源有限的情況下容易造成OOM異常。

//创建newCachedThreadPool线程池源码
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
		/**
        *corePoolSize： 0，核心线程池的数量为0
		*maximumPoolSize：  Integer.MAX_VALUE，可以认为最大线程数是无限的
		*keepAliveTime： 60L
		*unit: 秒
		*workQueue: SynchronousQueue
        **/
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

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使用案例：

public static void main(String[] args) {
    ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        final int index = i;
        executor.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                log.info("task:{}",index);
            }
        });
    }
}

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值得注意的一點是，newCachedThreadPool的回傳值是ExecutorService類型，該類型只包含基礎的執行緒池方法，但卻不包含執行緒監控相關方法，因此在使用傳回值為ExecutorService的執行緒池類型建立新執行緒時要考慮到具體情況。

Java線程池Executor怎麼使用

Executors.newSingleThreadExecutor

newSingleThreadExecutor是單線程線程池，只有一個核心線程，用唯一的一個共用線程執行任務，保證所有任務按指定順序執行（FIFO、優先權…）

//newSingleThreadExecutor创建线程池源码
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    /**
      *  corePoolSize : 1，核心线程池的数量为1

      *  maximumPoolSize : 1，只可以创建一个非核心线程

      *  keepAliveTime : 0L

      *  unit => 秒

      *  workQueue => LinkedBlockingQueue
      **/
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

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當一個任務提交時，首先會建立一個核心執行緒來執行任務，如果超過核心執行緒的數量，將會放入佇列中，因為LinkedBlockingQueue是長度為Integer.MAX_VALUE的隊列，可以認為是無界隊列，因此往隊列中可以插入無限多的任務，在資源有限的時候容易引起OOM異常，同時因為無界隊列，maximumPoolSize和keepAliveTime參數將無效，壓根就不會創建非核心線程。

Executors.newFixedThreadPool

定長線程池，核心執行緒數和最大執行緒數由使用者傳入，可以設定執行緒的最大並發數，超出在佇列等待

//newFixedThreadPool创建线程池源码
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    	/**
          *  corePoolSize : 核心线程的数量为自定义输入nThreads

          *  maximumPoolSize ： 最大线程的数量为自定义输入nThreads

          *  keepAliveTime ： 0L

          *  unit ： 秒

          *  workQueue ： LinkedBlockingQueue
          **/
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

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newFixedThreadPool和SingleThreadExecutor類似，唯一的區別就是核心執行緒數不同，並且由於使用的是LinkedBlockingQueue，在資源有限的時候容易引起OOM異常。

Executors.newScheduledThreadPool

定長執行緒池，核心執行緒數由使用者傳入，支援定時和週期任務執行

//newScheduledThreadPool创建线程池源码
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    /**
      *  corePoolSize : 核心线程的数量为自定义输入corePoolSize

      *  maximumPoolSize ： 最大线程的数量为Integer.MAX_VALUE

      *  keepAliveTime ： 0L

      *  unit ： 纳秒

      *  workQueue ： DelayedWorkQueue
      **/
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

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當一個任務提交時，corePoolSize為自定義輸入，首先創建核心線程，核心線程滿了之後，因此最終會創建非核心線程來執行任務。非核心執行緒使用後將被回收。因為Integer.MAX_VALUE非常大，可以認為是可以無限建立執行緒的，在資源有限的情況下容易造成OOM異常。因為使用的DelayedWorkQueue可以實現定時和週期任務。 ScheduledExecutorService提供了三種方法可以使用：

Java線程池Executor怎麼使用

schedule：延遲後執行任務scheduleAtFixedRate：以指定的速率執行任務scheduleWithFixedDelay：以指定的延遲執行任務使用案例：

    public static void main(String[] args) {

        ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);

//        executorService.schedule(new Runnable() {
//            @Override
//            public void run() {
//                log.warn("schedule run");
//            }
//         //延迟3秒后执行
//        }, 3, TimeUnit.SECONDS);
        //        executorService.shutdown();

//        executorService.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
//            @Override
//            public void run() {
//                log.warn("scheduleWithFixedDelay run");
//            }
//            //延迟一秒后每隔3秒执行
//        }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
        
        executorService.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                log.warn("schedule run");
            }
            //延迟一秒后每隔3秒执行
        }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

        /**
         * 定时器调度，不推荐使用，推荐ScheduledExecutorService调度
         */
//        Timer timer = new Timer();
//        timer.schedule(new TimerTask() {
//            @Override
//            public void run() {
//                log.warn("timer run");
//            }
//        //从当前时间每隔5秒执行
//        }, new Date(), 5 * 1000);
    }

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總結

FixedThreadPool和SingleThreadExecutor 允許的請求隊列長度為Integer.MAX_VALUE，可能會堆積大量的請求，從而引起OOM異常
CachedThreadPool 和newScheduledThreadPool允許創建的線程數為Integer.MAX_VALUE，可能會創建大量的線程，從而引起OOM異常

這就是為什麼禁止使用Executors去建立執行緒池，而是推薦自己去建立ThreadPoolExecutor的原因

如何定義執行緒池參數

CPU密集型： 執行緒池的大小建議為CPU數量1，CPU數量可以根據Runtime.availableProcessors方法取得IO密集型： CPU數量* CPU利用率* (1 執行緒等待時間/執行緒CPU時間) 混合型： 將任務分為CPU密集型和IO密集型，然後分別使用不同的線程池去處理，從而使每個線程池可以根據各自的工作負載來調整阻塞隊列： 建議使用有界隊列，有界佇列有助於避免資源耗盡的情況發生拒絕策略： 預設採用的是AbortPolicy拒絕策略，直接在程式中拋出RejectedExecutionException異常【因為是執行時例外，不強制catch】，這種處理方式不夠優雅。處理拒絕策略有以下幾種比較推薦：

在程式中捕獲RejectedExecutionException異常，在捕獲異常中對任務進行處理。針對預設拒絕策略
使用CallerRunsPolicy拒絕策略，該策略會將任務交給呼叫execute的執行緒執行【一般為主執行緒】，此時主執行緒將在一段時間內不能提交任何任務，從而使工作執行緒處理正在執行的任務。此時提交的線程將被保存在TCP隊列中，TCP隊列滿將會影響客戶端，這是一種平緩的性能降低
##自定義拒絕策略，只需要實現RejectedExecutionHandler介面即可
如果任務不是特別重要，使用DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy拒絕策略將任務丟棄也是可以的

#如果使用Executors的靜態方法建立ThreadPoolExecutor對象，可以透過使用Semaphore對任務的執行進行限流也可以避免出現OOM異常

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