005-线程池原理分析
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005-线程池原理分析

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1 什么是线程池

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架,几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。在开发过程中,合理地使用线程池能够带来3个好处。

2 线程池作用

线程池是为突然大量爆发的线程设计的,通过有限的几个固定线程为大量的操作服务,减少了创建和销毁线程所需的时间,从而提高效率。如果一个线程的时间非常长,就没必要用线程池了(不是不能作长时间操作,而是不宜。),况且我们还不能控制线程池中线程的开始、挂起、和中止。

3 线程池的分类

3.1 ThreadPoolExecutor

Java是天生就支持并发的语言,支持并发意味着多线程,线程的频繁创建在高并发及大数据量是非常消耗资源的,因为java提供了线程池。在jdk1.5以前的版本中,线程池的使用是及其简陋的,但是在JDK1.5后,有了很大的改善。JDK1.5之后加入了java.util.concurrent包,java.util.concurrent包的加入给予开发人员开发并发程序以及解决并发问题很大的帮助。这篇文章主要介绍下并发包下的Executor接口,Executor接口虽然作为一个非常旧的接口(JDK1.5 2004年发布),但是很多程序员对于其中的一些原理还是不熟悉,因此写这篇文章来介绍下Executor接口,同时巩固下自己的知识。如果文章中有出现错误,欢迎大家指出。Executor框架的最顶层实现是ThreadPoolExecutor类,Executors工厂类中提供的newScheduledThreadPool、newFixedThreadPool、newCachedThreadPool方法其实也只是ThreadPoolExecutor的构造函数参数不同而已。通过传入不同的参数,就可以构造出适用于不同应用场景下的线程池,那么它的底层原理是怎样实现的呢,这篇就来介绍下ThreadPoolExecutor线程池的运行过程。

3.2 线程池核心参数详解

3.3 线程池四种创建方式

Java通过Executors(jdk1.5并发包)提供四种线程池,分别为:

newCachedThreadPool
创建一个可缓存线程池,如果线程池长度超过处理需要,可灵活回收空闲线程,若无可回收,则新建线程。示例代码如下:

		// 无限大小线程池 jvm自动回收
ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		final int temp = i;
		newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				try {
					Thread.sleep(100);
				} catch (Exception e) {
					// TODO: handle exception
				}
				System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i:" +temp);
				}
			});
		}

总结: 线程池为无限大,当执行第二个任务时第一个任务已经完成,会复用执行第一个任务的线程,而不用每次新建线程。

newFixedThreadPool
创建一个定长线程池,可控制线程最大并发数,超出的线程会在队列中等待。示例代码如下:

ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int temp = i;
			newFixedThreadPool.execute(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					System.out.println(Thread.currentThread().getId() + ",i:" + temp);
				}
			});
		}

总结:因为线程池大小为3,每个任务输出index后sleep 2秒,所以每两秒打印3个数字。定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

newScheduledThreadPool
创建一个定长线程池,支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下:

ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		final int temp = i;
		newScheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
			public void run() {
				System.out.println("i:" + temp);
			}
		}, 3, TimeUnit.SECONDS);
}

表示延迟3秒执行。

newSingleThreadExecutor
创建一个单线程化的线程池,它只会用唯一的工作线程来执行任务,保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下:

	ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			final int index = i;
			newSingleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
				@Override
				public void run() {
					System.out.println("index:" + index);
					try {
						Thread.sleep(200);
					} catch (Exception e) {
						// TODO: handle exception
					}
				}
			});
		}

注意: 结果依次输出,相当于顺序执行各个任务。

4 线程池原理剖析

流程图如下:
1287675201712292312319291280812291.png
提交一个任务到线程池中,线程池的处理流程如下:

5 合理配置线程池

要想合理的配置线程池,就必须首先分析任务特性,可以从以下几个角度来进行分析

  1. IO密集型任务:该任务需要大量的IO操作,产生阻塞,如果在单线程中执行阻塞;
  2. CPU密集型任务:进行大量的计算,消耗CPU资源,依靠CPU的运算能力。这种计算密集型任务虽然也可以用多任务完成,但是任务越多,花在任务切换的时间就越多,CPU执行任务的效率就越低,所以,要最高效地利用CPU,计算密集型任务同时进行的数量应当等于CPU的核心数;

任务性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理。CPU密集型任务配置尽可能少的线程数量,如配置Ncpu+1个线程的线程池。IO密集型任务则由于需要等待IO操作,线程并不是一直在执行任务,则配置尽可能多的线程,如2*Ncpu。混合型的任务,如果可以拆分,则将其拆分成一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务,只要这两个任务执行的时间相差不是太大,那么分解后执行的吞吐率要高于串行执行的吞吐率,如果这两个任务执行时间相差太大,则没必要进行分解。我们可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数。
优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。它可以让优先级高的任务先得到执行,需要注意的是如果一直有优先级高的任务提交到队列里,那么优先级低的任务可能永远不能执行。
执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理,或者也可以使用优先级队列,让执行时间短的任务先执行。
依赖数据库连接池的任务,因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果,如果等待的时间越长CPU空闲时间就越长,那么线程数应该设置越大,这样才能更好的利用CPU。

CPU密集型时,任务可以少配置线程数,大概和机器的cpu核数相当,这样可以使得每个线程都在执行任务
IO密集型时,大部分线程都阻塞,故需要多配置线程数,2*cpu核数
操作系统之名称解释:
某些进程花费了绝大多数时间在计算上,而其他则在等待I/O上花费了大多是时间,
前者称为计算密集型(CPU密集型)computer-bound,后者称为I/O密集型,I/O-bound。