摘要:線程池為線程生命周期的開銷和資源不足問(wèn)題提供了解決方案。狀態(tài)說(shuō)明線程池處于狀態(tài),不接收新任務(wù),不處理已提交的任務(wù),并且會(huì)中斷正在處理的任務(wù)。線程池中允許的最大線程數(shù)。線程池的飽和策略。
線程池為線程生命周期的開銷和資源不足問(wèn)題提供了解決方 案。通過(guò)對(duì)多個(gè)任務(wù)重用線程,線程創(chuàng)建的開銷被分?jǐn)偟搅硕鄠€(gè)任務(wù)上。線程實(shí)現(xiàn)方式
Thread、Runnable、Callable
//實(shí)現(xiàn)Runnable接口的類將被Thread執(zhí)行,表示一個(gè)基本任務(wù) public interface Runnable { //run方法就是它所有內(nèi)容,就是實(shí)際執(zhí)行的任務(wù) public abstract void run(); }
//Callable同樣是任務(wù),與Runnable接口的區(qū)別在于它接口泛型,同時(shí)它執(zhí)行任務(wù)候帶有返回值; //Callable的使用通過(guò)外層封裝成Future來(lái)使用 public interface Callable{ //相對(duì)于run方法,call方法帶有返回值 V call() throws Exception; }
注意:?jiǎn)?dòng)Thread線程只能用start(JNI方法)來(lái)啟動(dòng),start方法通知虛擬機(jī),虛擬機(jī)通過(guò)調(diào)用器映射到底層操作系統(tǒng),通過(guò)操作系統(tǒng)來(lái)創(chuàng)建線程來(lái)執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)的run方法
Executor框架Executor接口是線程池框架中最基礎(chǔ)的部分,定義了一個(gè)用于執(zhí)行Runnable的execute方法。
從圖中可以看出Exectuor下有一個(gè)重要的子接口ExecutorService,其中定義了線程池的具體行為:
execute(Runnable runnable):執(zhí)行Runnable類型的任務(wù)
submit(task):用來(lái)提交Callable或者Runnable任務(wù),并返回代表此任務(wù)的Future對(duì)象
shutdown():在完成已經(jīng)提交的任務(wù)后封閉辦事,不在接管新的任務(wù)
shutdownNow():停止所有正在履行的任務(wù)并封閉辦事
isTerminated():是一個(gè)鉤子函數(shù),測(cè)試是否所有任務(wù)都履行完畢了
isShutdown():是一個(gè)鉤子函數(shù),測(cè)試是否該ExecutorService是否被關(guān)閉
ExecutorService中的重點(diǎn)屬性:private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0)); private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3; private static final int CAPACITY = (1 << COUNT_BITS) - 1;
ctl:對(duì)線程池的運(yùn)行狀態(tài)和線程池中有效線程的數(shù)量進(jìn)行控制的一個(gè)字段,它包含兩部分信息:線程池的運(yùn)行狀態(tài)(runState)和線程池內(nèi)有效線程的數(shù)量(workerCount)。
這里可以看到,使用Integer類型來(lái)保存,高3位保存runState,低29位保存workerCount。COUNT_BITS 就是29,CAPACITY 就是1左移29位減1(29個(gè)1),這個(gè)常量表示workerCount的上限值,大約是5億。
ctl相關(guān)方法:
//獲取運(yùn)行狀態(tài) private static int runStateOf(int c) { return c & ~CAPACITY; } //獲取活動(dòng)線程數(shù) private static int workerCountOf(int c) { return c & CAPACITY; } //獲取運(yùn)行狀態(tài)和活動(dòng)線程數(shù)的值 private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }
線程池的狀態(tài):
RUNNING = -1 << COUNT_BITS? //高3位為111 SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS? //高3位為000 STOP = 1 << COUNT_BITS? //高3位為001 TIDYING = 2 << COUNT_BITS? //高3位為010 TERMINATED = 3 << COUNT_BITS? //高3位為011
1、RUNNING
狀態(tài)說(shuō)明:線程池處于RUNNING狀態(tài),能夠接收新任務(wù),以及對(duì)已添加的任務(wù)進(jìn)行處理。
狀態(tài)切換:線程池的初始化狀態(tài)是RUNNING。換句話說(shuō),線程池一旦被創(chuàng)建,就處于RUNNING狀態(tài),并且線程池中的任務(wù)數(shù)為0。
2、SHUTDOWN
狀態(tài)說(shuō)明:線程池處于SHUTDOWN狀態(tài),不接收新任務(wù),能夠處理已經(jīng)添加的任務(wù)。
狀態(tài)切換:調(diào)用shutdown()方法時(shí),線程池由RUNNING -> SHUTDOWN。
3、STOP
狀態(tài)說(shuō)明:線程池處于STOP狀態(tài),不接收新任務(wù),不處理已提交的任務(wù),并且會(huì)中斷正在處理的任務(wù)。
狀態(tài)切換:調(diào)用線程池中的shutdownNow()方法時(shí),線程池由(RUNNING or SHUTDOWN) -> STOP。
4、TIDYING
狀態(tài)說(shuō)明:當(dāng)所有的任務(wù)已經(jīng)停止,ctl記錄“任務(wù)數(shù)量”為0,線程池會(huì)變?yōu)門IDYING狀態(tài)。當(dāng)線程池處于TIDYING狀態(tài)時(shí),會(huì)執(zhí)行鉤子函數(shù) terminated()。 terminated()在ThreadPoolExecutor類中是空, 的,若用戶想在線程池變?yōu)門IDYING時(shí),進(jìn)行相應(yīng)處理,可以通過(guò)重載 terminated()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
狀態(tài)切換:當(dāng)線程池在SHUTDOWN狀態(tài)下,阻塞隊(duì)列為空并且線程池中執(zhí)行任務(wù)也為空時(shí),就會(huì)由SHUTDOWN -> TIDYING。當(dāng)線程池在STOP狀態(tài)下,線程池中執(zhí)行的任務(wù)為空時(shí),就會(huì)由STOP-> TIDYING。
5、TERMINATED
狀態(tài)說(shuō)明:線程池線程池徹底停止,線程池處于TERMINATED狀態(tài),
狀態(tài)切換:線程池處于TIDYING狀態(tài)時(shí),執(zhí)行完terminated()之后, 就會(huì)由TIDYING->TERMINATED。
線程池使用RunTask類:
public class RunTask implements Runnable { public void run() { System.out.println("Thread name:"+Thread.currentThread().getName()); } }
ExecutorSample類:
public class ExecutorSample { public static void main(String[] args) { ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5); for (int i=0;i<20;i++){ //提交任務(wù)無(wú)返回值 executor.execute(new RunTask()); //任務(wù)執(zhí)行完成后有返回值 Future
線程池的具體使用:
ThreadPoolExecutor 默認(rèn)線程池
ScheduledThreadPoolExecutor 定時(shí)線程池
ThreadPoolExecutor線程池的創(chuàng)建:
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueueworkQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) { this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, defaultHandler); }
corePoolSize:線程池中的核心線程數(shù)。當(dāng)提交一個(gè)任務(wù)時(shí),線程池創(chuàng)建一個(gè)新線程執(zhí)行任務(wù),直到當(dāng)前線程數(shù)等于corePoolSize;如果當(dāng)前線程數(shù)為corePoolSize,繼續(xù)提交的任務(wù)被保存到阻塞隊(duì)列中,等待被執(zhí)行;如果執(zhí)行了線程池的prestartAllCoreThreads()方法,線程池會(huì)提前創(chuàng)建并啟動(dòng)所有核心線程。
maximumPoolSize:線程池中允許的最大線程數(shù)。如果當(dāng)前阻塞隊(duì)列滿了,且繼續(xù)提交任務(wù),則創(chuàng)建新的線程執(zhí)行任務(wù),前提是當(dāng)前線程數(shù)小于maximumPoolSize。
keepAliveTime:線程池維護(hù)線程所允許的空閑時(shí)間。當(dāng)線程池中的線程數(shù)量大于corePoolSize時(shí)候,如果這時(shí)候沒(méi)有新的任務(wù)提交,核心線程外的線程不會(huì)立即被銷毀,而是會(huì)等待,直到等待的時(shí)間超過(guò)了keepAliveTime
unit:keepAliveTime的單位時(shí)間
workQueue:用于保存等待被執(zhí)行的任務(wù)的阻塞隊(duì)列,且任務(wù)必須實(shí)現(xiàn)Runnable接口,在JDK中提供了如下阻塞隊(duì)列:
ArrayBlockingQueue:基于數(shù)組結(jié)構(gòu)的有界阻塞隊(duì)列,按FIFO排序任務(wù)。
LinkedBlockingQueue:基于鏈表結(jié)構(gòu)的阻塞隊(duì)列,按FIFO排序任務(wù),吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。
SynchronousQueue:一個(gè)不存儲(chǔ)元素的阻塞隊(duì)列,每個(gè)插入操作必須等到另一個(gè)線程調(diào)用移除操作,否則插入操作一直處于阻塞狀態(tài),吞吐量通常高于LinkedBlockingQueue。
PriorityBlockingQueue:具有優(yōu)先級(jí)的無(wú)界阻塞隊(duì)列。
threadFactory:ThreadFactory 類型的變量,用來(lái)創(chuàng)建新線程。默認(rèn)使用ThreadFactory.defaultThreadFactory來(lái)創(chuàng)建線程, 會(huì)使新創(chuàng)建線程具有相同的NORM_PRIORITY優(yōu)先級(jí)并且都是非守護(hù)線程,同時(shí)也設(shè)置了線程名稱。
handler:線程池的飽和策略。當(dāng)阻塞隊(duì)列滿了,且沒(méi)有空閑的工作隊(duì)列,如果繼續(xù)提交任務(wù),必須采用一種策略處理該任務(wù).
線程池的監(jiān)控:
public long getTaskCount() //線程池已執(zhí)行與未執(zhí)行的任務(wù)總數(shù) public long getCompletedTaskCount() //已完成的任務(wù)數(shù) public int getPoolSize() //線程池當(dāng)前的線程數(shù) public int getActiveCount() //線程池中正在執(zhí)行任務(wù)的線程數(shù)量線程池的原理
如果當(dāng)前運(yùn)行的線程少于corePoolSize,則創(chuàng)建新線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)(注意這一個(gè)步驟需要獲取全局鎖)。
如果運(yùn)行的線程等于或多于corePoolSize,則將任務(wù)加入BlockingQueue。
如果無(wú)法將任務(wù)加入BlockingQueue(隊(duì)列已滿),則創(chuàng)建新的線程來(lái)處理任務(wù)(注意這一個(gè)步驟需要獲取全局鎖)。
如果創(chuàng)建的新線程將使當(dāng)前運(yùn)行的線程超出maximumPoolSize,任務(wù)將被執(zhí)行飽和策略。
ThreadPoolExecutor 采用上述的設(shè)計(jì)思路,是為執(zhí)行execute()方法時(shí),盡可能避免獲取全局鎖(一個(gè)嚴(yán)重的可伸縮瓶頸)。在ThreadPoolExecutor完成預(yù)熱之后,幾乎所有的execute()方法調(diào)用都是在執(zhí)行步驟2,而步驟2不需要獲取全局鎖。
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摘要:為了讓大家理解線程池的整個(gè)設(shè)計(jì)方案,我會(huì)按照的設(shè)計(jì)思路來(lái)多說(shuō)一些相關(guān)的東西。也是因?yàn)榫€程池的需要,所以才有了這個(gè)接口。 線程池是非常重要的工具,如果你要成為一個(gè)好的工程師,還是得比較好地掌握這個(gè)知識(shí)。即使你為了謀生,也要知道,這基本上是面試必問(wèn)的題目,而且面試官很容易從被面試者的回答中捕捉到被面試者的技術(shù)水平。 本文略長(zhǎng),建議在 pc 上閱讀,邊看文章邊翻源碼(Java7 和 Java...
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