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Java中的ThreadPoolExecutor类

2016-12-24 23:33 Java北京
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在前面的文章中,我们使用线程的时候就去创建一个线程,这样实现起来非常简便,但是就会有一个问题:

如果并发的线程数量很多,并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了,这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率,因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。

那么有没有一种办法使得线程可以复用,就是执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务?

在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。今天我们就来详细讲解一下Java的线程池,首先我们从最核心的ThreadPoolExecutor类中的方法讲起,然后再讲述它的实现原理,接着给出了它的使用示例,最后讨论了一下如何合理配置线程池的大小。

Java中的ThreadPoolExecutor类

java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类,因此如果要透彻地了解Java中的线程池,必须先了解这个类。下面我们来看一下ThreadPoolExecutor类的具体实现源码。

在ThreadPoolExecutor类中提供了四个构造方法:

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
  public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                      int
maximumPoolSize,
                      long
keepAliveTime,
                     
TimeUnit unit,
                     
BlockingQueue<Runnable> workQueue);

  public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                      int
maximumPoolSize,
                      long
keepAliveTime,
                     
TimeUnit unit,
                     
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                     
ThreadFactory threadFactory);

  public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                      int
maximumPoolSize,
                      long
keepAliveTime,
                     
TimeUnit unit,
                     
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                     
RejectedExecutionHandler handler);

  public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                      int
maximumPoolSize,
                      long
keepAliveTime,
                     
TimeUnit unit,
                     
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                     
ThreadFactory threadFactory,
                     
RejectedExecutionHandler handler);
}

从上面的代码可以得知,ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类,并提供了四个构造器,事实上,通过观察每个构造器的源码具体实现,发现前面三个构造器都是调用的第四个构造器进行的初始化工作。

下面解释下一下构造器中各个参数的含义:

  • corePoolSize:核心池的大小,这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后,默认情况下,线程池中并没有任何线程,而是等待有任务到来才创建线程去执行任务,除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法,从这2个方法的名字就可以看出,是预创建线程的意思,即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下,在创建了线程池后,线程池中的线程数为0,当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中;

  • maximumPoolSize:线程池最大线程数,这个参数也是一个非常重要的参数,它表示在线程池中最多能创建多少个线程;

  • keepAliveTime:表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下,只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime才会起作用,直到线程池中的线程数不大于corePoolSize,即当线程池中的线程数大于corePoolSize时,如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime,则会终止,直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法,在线程池中的线程数不大于corePoolSize时,keepAliveTime参数也会起作用,直到线程池中的线程数为0;

  • unit:参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性:

    NANOSECONDS,     //纳秒
    MICROSECONDS,    //微妙
    MILLISECONDS,    //毫秒
    SECONDS,         //秒
    MINUTES,         //分钟
    HOURS,           //小时
    DAYS;            //天

  • workQueue:一个阻塞队列,用来存储等待执行的任务,这个参数的选择也很重要,会对线程池的运行过程产生重大影响,一般来说,这里的阻塞队列有以下几种选择:

    ArrayBlockingQueue;
    LinkedBlockingQueue;
    PriorityBlockingQueue;
    SynchronousQueue;

ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue使用较少,一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。

  • threadFactory:线程工厂,主要用来创建线程;

  • handler:表示当拒绝处理任务时的策略,有以下四种取值:

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。 ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy:也是丢弃任务,但是不抛出异常。 ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy:丢弃队列最前面的任务,然后重新尝试执行任务(重复此过程) ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务

具体参数的配置与线程池的关系将在下一节讲述。

从上面给出的ThreadPoolExecutor类的代码可以知道,ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService,我们来看一下AbstractExecutorService的实现:

public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {

   
protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) { }

   
protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) { }

   
public Future<?> submit(Runnable task) {}

   
public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {}

   
public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {}

   
private <T> T doInvokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, boolean timed, long nanos)
       throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {}

   public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException, ExecutionException {}

   public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit)
       throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {}

   public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks) throws InterruptedException {}

   public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit)
       throws InterruptedException {}

AbstractExecutorService是一个抽象类,它实现了ExecutorService接口。

我们接着看ExecutorService接口的实现:

public interface ExecutorService extends Executor {

   
void shutdown();

   
List<Runnable> shutdownNow();

   
boolean isShutdown();

   
boolean isTerminated();

   
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
       throws InterruptedException;

   
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);

   
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);

   
Future<?> submit(Runnable task);

   
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)throws InterruptedException;

   
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout, TimeUnit unit)
       throws InterruptedException;

   
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
       throws InterruptedException, ExecutionException;

   
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
       long
timeout, TimeUnit unit) throws
   InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

而ExecutorService又是继承了Executor接口,我们看一下Executor接口的实现:

public interface Executor {
   
void execute(Runnable command);
}

到这里,大家应该明白了ThreadPoolExecutor、AbstractExecutorService、ExecutorService和Executor几个之间的关系了。


Executor是一个顶层接口,在它里面只声明了一个方法execute(Runnable),返回值为void,参数为Runnable类型,从字面意思可以理解,就是用来执行传进去的任务的;

然后ExecutorService接口继承了Executor接口,并声明了一些方法:submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等;

抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口,基本实现了ExecutorService中声明的所有方法;

然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。

在ThreadPoolExecutor类中有几个非常重要的方法:

execute()

submit()

shutdown()

shutdownNow()

execute()方法实际上是Executor中声明的方法,在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现,这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法,通过这个方法可以向线程池提交一个任务,交由线程池去执行。

submit()方法是在ExecutorService中声明的方法,在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现,在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写,这个方法也是用来向线程池提交任务的,但是它和execute()方法不同,它能够返回任务执行的结果,去看submit()方法的实现,会发现它实际上还是调用的execute()方法,只不过它利用了Future来获取任务执行结果(Future相关内容将在下一篇讲述)。

shutdown()和shutdownNow()是用来关闭线程池的。

还有很多其他的方法:

比如:getQueue() 、getPoolSize() 、getActiveCount()、getCompletedTaskCount()等获取与线程池相关属性的方法,有兴趣的朋友可以自行查阅API。


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