线程池

什么是线程池

线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务。线程池线程都是后台线程。每个线程都使用默认的堆栈大小，以默认的优先级运行，并处于多线程单元中。如果某个线程在托管代码中空闲(如正在等待某个事件),则线程池将插入另一个辅助线程来使所有处理器保持繁忙。如果所有线程池线程都始终保持繁忙，但队列中包含挂起的工作，则线程池将在一段时间后创建另一个辅助线程但线程的数目永远不会超过最大值。超过最大值的线程可以排队，但他们要等到其他线程完成后才启动。

为什么使用线程池

 使用线程池最大的原因就是可以根据系统的需求和硬件环境灵活的控制线程的数量,且可以对所有线程进行统一的管理和控制,从而提高系统的运行效率,降低系统运行运行压力;当然了,使用线程池的原因不仅仅只有这些,我们可以从线程池自身的优点上来进一步了解线程池的好处;

线程池的好处

1:线程和任务分离,提升线程重用性;
2:控制线程并发数量,降低服务器压力,统一管理所有线程;
3:提升系统响应速度,假如创建线程用的时间为T1，执行任务用的时间为T2,销毁线程用的时间为T3，那么使用线程池就免去了T1和T3的时间；

ThreadPoolExecutor构造

 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, // 1
                              int maximumPoolSize,  // 2
                              long keepAliveTime,  // 3
                              TimeUnit unit,  // 4
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 5
                              ThreadFactory threadFactory,  // 6
                              RejectedExecutionHandler handler ) { //7
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

• 第1个参数 ：corePoolSize 表示常驻核心线程数。如果等于0，则任务执行完成后，没有任何请求进入时销毁线程池的线程；如果大于0，即使本地任务执行完毕，核心线程也不会被销毁。这个值的设置非常关键，设置过大会浪费资源，设置的过小会导致线程频繁地创建或销毁。
• 第2个参数：maximumPoolSize 表示线程池能够容纳同时执行的最大线程数。从上方的示例代码中第一处来看，必须大于或等于1。如果待执行的线程数大于此值，需要借助第5个参数的帮助。缓存在队列中。如果maximumPoolSize 与corePoolSize 相等，即是固定大小线程池。
• 第3个参数：keepAliveTime 表示线程池中的线程空闲时间，当空闲时间达到KeepAliveTime 值时，线程被销毁，直到剩下corePoolSize 个线程为止，避免浪费内存和句柄资源。在默认情况下，当线程池的线程大于corePoolSize 时，keepAliveTime 才会起作用。但是ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut 变量设置为ture时，核心线程超时后也会被回收。
• 第4个参数：TimeUnit 表示时间单位。keepAliveTime 的时间单位通常是TimeUnit.SECONDS。
• 第5个参数:   workQueue 表示缓存队列。当请求的线程数大于maximumPoolSize时，线程进入BlockingQueue 阻塞队列。后续示例代码中使用的LinkedBlockingQueue 是单向链表，使用锁来控制入队和出对的原子性，两个锁分别控制元素的添加和获取，是一个生产消费模型队列。
• 第6个参数：threadFactory 表示线程工厂。它用来生产一组相同任务的线程。线程池的命名是通过给这个factory增加组名前缀来实现的。在虚拟机栈分析时，就可以知道线程任务是由哪个线程工厂产生的。
• 第7个参数：handler 表示执行拒绝策略的对象。当超过第5个参数workQueue的任务缓存区上限的时候，就可以通过该策略处理请求，这是一种简单的限流保护。友好的拒绝策略可以使如下三种：

1. 保存到数据库进行削峰填谷。在空闲的时候再拿出来执行。
2. 转向某个提示页面。
3. 打印日志。

 快速理解其配置

我们可以通过下面的场景理解ThreadPoolExecutor中的各个参数;
a客户(任务)去银行(线程池)办理业务,但银行刚开始营业,窗口服务员还未就位(相当于线程池中初始线程数量为0),
于是经理(线程池管理者)就安排1号工作人员(创建1号线程执行任务)接待a客户(创建线程);
在a客户业务还没办完时,b客户(任务)又来了,于是经理(线程池管理者)就安排2号工作人员(创建2号线程执行任务)接待b客户(又创建了一个新的线程);假设该银行总共就2个窗口(核心线程数量是2);
紧接着在a,b客户都没有结束的情况下c客户来了,于是经理(线程池管理者)就安排c客户先坐到银行大厅的座位上(空位相当于是任务队列)等候,并告知他: 如果1、2号工作人员空出,c就可以前去办理业务;
此时d客户又到了银行,(工作人员都在忙,大厅座位也满了)于是经理赶紧安排临时工(新创建的线程)在大堂站着,手持pad设备给d客户办理业务;
假如前面的业务都没有结束的时候e客户又来了,此时正式工作人员都上了,临时工也上了,座位也满了(临时工加正式员工的总数量就是最大线程数),
于是经理只能按《超出银行最大接待能力处理办法》(饱和处理机制)拒接接待e客户;
最后,进来办业务的人少了,大厅的临时工空闲时间也超过了1个小时(最大空闲时间),经理就会让这部分空闲的员工人下班.(销毁线程)
但是为了保证银行银行正常工作(有一个allowCoreThreadTimeout变量控制是否允许销毁核心线程,默认false),即使正式工闲着,也不得提前下班,所以1、2号工作人员继续待着(池内保持核心线程数量);

线程池工作流程图

 

 自定义线程池

1:核心线程数(corePoolSize)
核心线程数的设计需要依据任务的处理时间和每秒产生的任务数量来确定,例如:执行一个任务需要0.1秒,系统百分之80的时间每秒都会产生100个任务,那么要想在1秒内处理完这100个任务,就需要10个线程,此时我们就可以设计核心线程数为10;当然实际情况不可能这么平均,所以我们一般按照8020原则设计即可,既按照百分之80的情况设计核心线程数,剩下的百分之20可以利用最大线程数处理;
2:任务队列长度(workQueue)
任务队列长度一般设计为:核心线程数/单个任务执行时间*2即可;例如上面的场景中,核心线程数设计为10,单个任务执行时间为0.1秒,则队列长度可以设计为200;

3:最大线程数(maximumPoolSize)
最大线程数的设计除了需要参照核心线程数的条件外,还需要参照系统每秒产生的最大任务数决定:例如:上述环境中,如果系统每秒最大产生的任务是1000个,那么,最大线程数=(最大任务数-任务队列长度)*单个任务执行时间;既: 最大线程数=(1000-200)*0.1=80个;
4:最大空闲时间(keepAliveTime)
这个参数的设计完全参考系统运行环境和硬件压力设定,没有固定的参考值,用户可以根据经验和系统产生任务的时间间隔合理设置一个值即可;

 说明：

1:编写任务类(MyTask),实现Runnable接口;
2:编写线程类(MyWorker),用于执行任务,需要持有所有任务;
3:编写线程池类(MyThreadPool),包含提交任务,执行任务的能力;
4:编写测试类(MyTest),创建线程池对象,提交多个任务测试;

/**
 * @author WGR
 * @create 2020/4/8 -- 20:00
 */
public class MyThreadPool {
    // 1:任务队列   集合  需要控制线程安全问题
    private List<Runnable> tasks = Collections.synchronizedList(new LinkedList<>());
    //2:当前线程数量
    private int num;
    //3:核心线程数量
    private int corePoolSize;
    //4:最大线程数量
    private int maxSize;
    //5:任务队列的长度
    private int workSize;

    public MyThreadPool(int corePoolSize, int maxSize, int workSize) {
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maxSize = maxSize;
        this.workSize = workSize;
    }

    //1:提交任务;
    public void submit(Runnable r){
        //判断当前集合中任务的数量,是否超出了最大任务数量
        if(tasks.size()>=workSize){
            System.out.println("任务:"+r+"被丢弃了...");
        }else {
            tasks.add(r);
            //执行任务
            execTask(r);
        }
    }
    //2:执行任务;
    private void execTask(Runnable r) {
        //判断当前线程池中的线程总数量,是否超出了核心数,
        if(num < corePoolSize){
            new MyWorker("核心线程:"+num,tasks).start();
            num++;
        }else if(num < maxSize){
            new MyWorker("非核心线程:"+num,tasks).start();
            num++;
        }else {
            System.out.println("任务:"+r+" 被缓存了...");
        }
    }
}

/**
 * @author WGR
 * @create 2020/4/8 -- 19:51
 */
public class MyTask implements Runnable{

    private int id;

    public MyTask(int id) {
        this.id = id;
    }

    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println("线程:"+name+" 即将执行任务:"+id);
        try {
            Thread.sleep(200);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("线程:"+name+" 完成了任务:"+id);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "MyTask{" +
                "id=" + id +
                '}';
    }
}

/**
 * @author WGR
 * @create 2020/4/8 -- 20:02
 */
public class MyTest {

    public static void main(String[] args) {
        //1:创建线程池类对象;
        MyThreadPool pool = new MyThreadPool(4,8,40);
        //2: 提交多个任务
        for (int i = 0; i <100 ; i++) {
            //3:创建任务对象,并提交给线程池
            MyTask my = new MyTask(i);
            pool.submit(my);
        }
    }
}

/**
 * @author WGR
 * @create 2020/4/8 -- 19:48
 */
public class MyWorker extends Thread {
    private String name;//保存线程的名字
    private List<Runnable> tasks;
    //利用构造方法,给成员变量赋值

    public MyWorker(String name, List<Runnable> tasks) {
        super(name);
        this.tasks = tasks;
    }

    @Override
    public void run() {
        //判断集合中是否有任务,只要有,就一直执行任务
        while (tasks.size()>0){
            Runnable r = tasks.remove(0);
            r.run();
        }
    }

}

结果如下：