jave 線程池

kgbook 發布于2019-08-16 17:48 / 1548人閱讀

摘要：在開發過程中，合理地使用線程池能夠帶來個好處。性質不同的任務可以交給不同規模的線程池執行。當然具體合理線程池值大小，需要結合系統實際情況，在大量的嘗試下比較才能得出，以上只是前人總結的規律。

線程池簡述

Java中的線程池是運用場景最多的并發框架，幾乎所有需要異步或并發執行任務的程序都可以使用線程池。在開發過程中，合理地使用線程池能夠帶來3個好處。

降低資源消耗。通過重復利用已創建的線程降低線程創建和銷毀造成的消耗

提高響應速度。當任務到達時，任務可以不需要等到線程創建就能立即執行

提高線程的可管理性。線程是稀缺資源，如果無限制地創建，不僅會消耗系統資源，還會降低系統的穩定性，使用線程池可以進行統一分配、調優和監控

線程池是為突然大量爆發的線程設計的，通過有限的幾個固定線程為大量的操作服務，減少了創建和銷毀線程所需的時間，從而提高效率。
如果一個線程的時間非常長，就沒必要用線程池了(不是不能作長時間操作，而是不宜。)，況且我們還不能控制線程池中線程的開始、掛起、和中止

線程池的分類 ThreadPoolExecutor

Executor框架的最頂層實現是ThreadPoolExecutor類，Executors工廠類中提供的newScheduledThreadPool、newFixedThreadPool、newCachedThreadPool方法其實也只是ThreadPoolExecutor的構造函數參數不同而已。通過傳入不同的參數，就可以構造出適用于不同應用場景下的線程池
corePoolSize：核心池的大小。當有任務來之后，就會創建一個線程去執行任務，當線程池中的線程數目達到corePoolSize后，就會把到達的任務放到緩存隊列當中
maximumPoolSize：線程池最大線程數，它表示在線程池中最多能創建多少個線程；
keepAliveTime：表示線程沒有任務執行時最多保持多久時間會終止。
unit：參數keepAliveTime的時間單位，有7種取值

newCachedThreadPool

創建一個可緩存線程池，如果線程池長度超過處理需要，可靈活回收空閑線程，若無可回收，則新建線程。
線程池為無限大，當執行第二個任務時第一個任務已經完成，會復用執行第一個任務的線程，而不用每次新建線程

newFixedThreadPool

創建一個定長線程池，可控制線程最大并發數，超出的線程會在隊列中等待
定長線程池的大小最好根據系統資源進行設置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

newScheduledThreadPool

創建一個定長線程池，支持定時及周期性任務執行

newSingleThreadExecutor

創建一個單線程化的線程池，它只會用唯一的工作線程來執行任務，保證所有任務按照指定順序(FIFO, LIFO, 優先級)執行

線程池原理

提交一個任務到線程池中，線程池的處理流程如下：
1、判斷線程池里的核心線程是否都在執行任務，如果不是（核心線程空閑或者還有核心線程沒有被創建）則創建一個新的工作線程來執行任務。如果核心線程都在執行任務，則進入下個流程。
2、線程池判斷工作隊列是否已滿，如果工作隊列沒有滿，則將新提交的任務存儲在這個工作隊列里。如果工作隊列滿了，則進入下個流程。
3、判斷線程池里的線程是否都處于工作狀態，如果沒有，則創建一個新的工作線程來執行任務。如果已經滿了，則交給飽和策略來處理這個任務。

合理配置線程池

CPU密集

CPU密集的意思是該任務需要大量的運算，而沒有阻塞，CPU一直全速運行。
CPU密集任務只有在真正的多核CPU上才可能得到加速(通過多線程)，而在單核CPU上，無論你開幾個模擬的多線程，該任務都不可能得到加速，因為CPU總的運算能力就那些。

IO密集

IO密集型，即該任務需要大量的IO，即大量的阻塞。在單線程上運行IO密集型的任務會導致浪費大量的CPU運算能力浪費在等待。所以在IO密集型任務中使用多線程可以大大的加速程序運行，即時在單核CPU上，這種加速主要就是利用了被浪費掉的阻塞時間

要想合理的配置線程池的大小，首先得分析任務的特性，可以從以下幾個角度分析：

任務的性質：CPU密集型任務、IO密集型任務、混合型任務。

任務的優先級：高、中、低。

任務的執行時間：長、中、短。

任務的依賴性：是否依賴其他系統資源，如數據庫連接等。

性質不同的任務可以交給不同規模的線程池執行。
對于不同性質的任務來說，CPU密集型任務應配置盡可能小的線程，如配置CPU個數+1的線程數，IO密集型任務應配置盡可能多的線程，因為IO操作不占用CPU，不要讓CPU閑下來，應加大線程數量，如配置兩倍CPU個數+1，而對于混合型的任務，如果可以拆分，拆分成IO密集型和CPU密集型分別處理，前提是兩者運行的時間是差不多的，如果處理時間相差很大，則沒必要拆分了。
若任務對其他系統資源有依賴，如某個任務依賴數據庫的連接返回的結果，這時候等待的時間越長，則CPU空閑的時間越長，那么線程數量應設置得越大，才能更好的利用CPU。
當然具體合理線程池值大小，需要結合系統實際情況，在大量的嘗試下比較才能得出，以上只是前人總結的規律。

最佳線程數目 = （（線程等待時間+線程CPU時間）/線程CPU時間）* CPU數目
比如平均每個線程CPU運行時間為0.5s，而線程等待時間（非CPU運行時間，比如IO）為1.5s，CPU核心數為8，那么根據上面這個公式估算得到：((0.5+1.5)/0.5)*8=32。這個公式進一步轉化為：
最佳線程數目 = （線程等待時間與線程CPU時間之比 + 1）* CPU數目
可以得出一個結論：
線程等待時間所占比例越高，需要越多線程。線程CPU時間所占比例越高，需要越少線程。
以上公式與之前的CPU和IO密集型任務設置線程數基本吻合。
CPU密集型時，任務可以少配置線程數，大概和機器的cpu核數相當，這樣可以使得每個線程都在執行任務
IO密集型時，大部分線程都阻塞，故需要多配置線程數，2*cpu核數
操作系統之名稱解釋：
某些進程花費了絕大多數時間在計算上，而其他則在等待I/O上花費了大多是時間，
前者稱為計算密集型（CPU密集型）computer-bound，后者稱為I/O密集型，I/O-bound。

自定義線程池

代碼

@RequestMapping("test-threadpool")
    public void testThreadPool() {
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(1,
                6,
                60L,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(3));

        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            TaskThred t1 = new TaskThred("任務" + i);
            threadPoolExecutor.execute(t1);
        }
        threadPoolExecutor.shutdown();
    }

class TaskThred implements Runnable {
    private String taskName;

    public TaskThred(String taskName) {
        this.taskName = taskName;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+taskName);
    }

}

結果

pool-1-thread-2任務4
pool-1-thread-1任務0
pool-1-thread-1任務1
pool-1-thread-1任務2
pool-1-thread-1任務3
pool-1-thread-3任務5

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