线程池

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多线程

多线程

看一下该类的构造器：

public ThreadPoolExecutor(int paramInt1, int paramInt2, long paramLong, TimeUnit paramTimeUnit,
            BlockingQueue<Runnable> paramBlockingQueue, ThreadFactory paramThreadFactory,
            RejectedExecutionHandler paramRejectedExecutionHandler) {
        this.ctl = new AtomicInteger(ctlOf(-536870912, 0));
        this.mainLock = new ReentrantLock();
        this.workers = new HashSet();
        this.termination = this.mainLock.newCondition();
        if ((paramInt1 < 0) || (paramInt2 <= 0) || (paramInt2 < paramInt1) || (paramLong < 0L))
            throw new IllegalArgumentException();
        if ((paramBlockingQueue == null) || (paramThreadFactory == null) || (paramRejectedExecutionHandler == null))
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = paramInt1;
        this.maximumPoolSize = paramInt2;
        this.workQueue = paramBlockingQueue;
        this.keepAliveTime = paramTimeUnit.toNanos(paramLong);
        this.threadFactory = paramThreadFactory;
        this.handler = paramRejectedExecutionHandler;
    }

corePoolSize :线程池的核心池大小，在创建线程池之后，线程池默认没有任何线程。

当有任务过来的时候才会去创建创建线程执行任务。换个说法，线程池创建之后，线程池中的线程数为0，当任务过来就会创建一个线程去执行，直到线程数达到corePoolSize 之后，就会被到达的任务放在队列中。（注意是到达的任务）。换句更精炼的话：corePoolSize 表示允许线程池中允许同时运行的最大线程数。

如果执行了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有核心线程。

maximumPoolSize :线程池允许的最大线程数，他表示最大能创建多少个线程。maximumPoolSize肯定是大于等于corePoolSize。

keepAliveTime :表示线程没有任务时最多保持多久然后停止。默认情况下，只有线程池中线程数大于corePoolSize 时，keepAliveTime 才会起作用。换句话说，当线程池中的线程数大于corePoolSize，并且一个线程空闲时间达到了keepAliveTime，那么就是shutdown。

Unit:keepAliveTime 的单位。

workQueue ：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，当线程池中的线程数超过它的corePoolSize的时候，线程会进入阻塞队列进行阻塞等待。通过workQueue，线程池实现了阻塞功能

threadFactory ：线程工厂，用来创建线程。

handler :表示当拒绝处理任务时的策略。

任务缓存队列

在前面我们多次提到了任务缓存队列，即workQueue，它用来存放等待执行的任务。

workQueue的类型为BlockingQueue<Runnable>，通常可以取下面三种类型：

1）有界任务队列ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；

2）无界任务队列LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列，如果创建时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX_VALUE；

3）直接提交队列synchronousQueue：这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。

拒绝策略

AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException

CallerRunsPolicy：只要线程池未关闭，该策略直接在调用者线程中，运行当前被丢弃的任务。显然这样做不会真的丢弃任务，但是，任务提交线程的性能极有可能会急剧下降。

DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的一个请求，也就是即将被执行的一个任务，并尝试再次提交当前任务。

DiscardPolicy：丢弃任务，不做任何处理。

线程池的任务处理策略：

如果当前线程池中的线程数目小于corePoolSize，则每来一个任务，就会创建一个线程去执行这个任务；

如果当前线程池中的线程数目>=corePoolSize，则每来一个任务，会尝试将其添加到任务缓存队列当中，若添加成功，则该任务会等待空闲线程将其取出去执行；若添加失败（一般来说是任务缓存队列已满），则会尝试创建新的线程去执行这个任务；如果当前线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，则会采取任务拒绝策略进行处理；

如果线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止，直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize；如果允许为核心池中的线程设置存活时间，那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime，线程也会被终止。

线程池的关闭

ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，其中：

shutdown()：不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务

shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务

源码分析

首先来看最核心的execute方法，这个方法在AbstractExecutorService中并没有实现，从Executor接口，直到ThreadPoolExecutor才实现了改方法，

ExecutorService中的submit(),invokeAll(),invokeAny()都是调用的execute方法，所以execute是核心中的核心,源码分析将围绕它逐步展开。

  public void execute(Runnable command) {  
          if (command == null) //不能是空任务  
              throw new NullPointerException();  
      //如果还没有达到corePoolSize，则添加新线程来执行任务  
          if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {  
           //如果已经达到corePoolSize,则不断的向工作队列中添加任务  
              if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {  
              //线程池已经没有任务  
                  if (runState != RUNNING || poolSize == 0)   
                      ensureQueuedTaskHandled(command);  
              }  
           //如果线程池不处于运行中或者工作队列已经满了，但是当前的线程数量还小于允许最大的maximumPoolSize线程数量，则继续创建线程来执行任务  
              else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))  
              //已达到最大线程数量，任务队列也已经满了，则调用饱和策略执行处理器  
                  reject(command); // is shutdown or saturated  
          }  
  }  
  
  private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {  
          Thread t = null;  
          final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;  
          mainLock.lock();  
          //更改几个重要的控制字段需要加锁  
          try {  
              //池里线程数量小于核心线程数量，并且还需要是运行时  
              if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)  
                  t = addThread(firstTask);  
          } finally {  
              mainLock.unlock();  
          }  
          if (t == null)  
              return false;  
          t.start(); //创建后，立即执行该任务  
          return true;  
      }  
  
  private Thread addThread(Runnable firstTask) {  
          Worker w = new Worker(firstTask);  
          Thread t = threadFactory.newThread(w); //委托线程工厂来创建，具有相同的组、优先级、都是非后台线程  
          if (t != null) {  
              w.thread = t;  
              workers.add(w); //加入到工作者线程集合里  
              int nt = ++poolSize;  
              if (nt > largestPoolSize)  
                  largestPoolSize = nt;  
          }  
          return t;  
      }

结合上面的流程图来逐行解析，首先前面进行空指针检查，

wonrkerCountOf()方法能够取得当前线程池中的线程的总数，取得当前线程数与核心池大小比较，

如果小于，将通过addWorker()方法调度执行。
如果大于核心池大小，那么就提交到等待队列。
如果进入等待队列失败，则会将任务直接提交给线程池。
如果线程数达到最大线程数，那么就提交失败，执行拒绝策略。

excute()方法中添加任务的方式是使用addWorker（）方法，看一下源码，一起学习一下。

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        retry:
　　　　 // 外层循环，用于判断线程池状态
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            // Check if queue empty only if necessary.
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty()))
                return false;
　　　　　　 // 内层的循环，任务是将worker数量加1
            for (;;) {
                int wc = workerCountOf(c);
                if (wc >= CAPACITY ||
                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                    return false;
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                    break retry;
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                if (runStateOf(c) != rs)
                    continue retry;
                // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
            }
        }
　　　　// worker加1后，接下来将woker添加到HashSet<Worker>中，并启动worker
        boolean workerStarted = false;
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            w = new Worker(firstTask);
            final Thread t = w.thread;
            if (t != null) {
                mainLock.lock();
                try {
                    // Recheck while holding lock.
                    // Back out on ThreadFactory failure or if
                    // shut down before lock acquired.
                    int c = ctl.get();
                    int rs = runStateOf(c);

                    if (rs < SHUTDOWN ||
                        (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                        if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
                            throw new IllegalThreadStateException();
                        workers.add(w);
                        int s = workers.size();
                        if (s > largestPoolSize)
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
　　　　　　　　　// 如果往HashSet<Worker>添加成功，则启动该线程
                if (workerAdded) {
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
        return workerStarted;
    }

addWorker(Runnable firstTask, boolean core)的主要任务是创建并启动线程。

他会根据当前线程的状态和给定的值（core or maximum）来判断是否可以创建一个线程。

addWorker共有四种传参方式。execute使用了其中三种，分别为:

1.addWorker(paramRunnable, true)

线程数小于corePoolSize时，放一个需要处理的task进Workers Set。如果Workers Set长度超过corePoolSize，就返回false.

2.addWorker(null, false)

放入一个空的task进workers Set，长度限制是maximumPoolSize。这样一个task为空的worker在线程执行的时候会去任务队列里拿任务，这样就相当于创建了一个新的线程，只是没有马上分配任务。

3.addWorker(paramRunnable, false)

当队列被放满时，就尝试将这个新来的task直接放入Workers Set，而此时Workers Set的长度限制是maximumPoolSize。如果线程池也满了的话就返回false.

还有一种情况是execute()方法没有使用的

addWorker(null, true)

这个方法就是放一个null的task进Workers Set，而且是在小于corePoolSize时，如果此时Set中的数量已经达到corePoolSize那就返回false，什么也不干。实际使用中是在prestartAllCoreThreads()方法，这个方法用来为线程池预先启动corePoolSize个worker等待从workQueue中获取任务执行。

执行流程：

1、判断线程池当前是否为可以添加worker线程的状态，可以则继续下一步，不可以return false：
    A、线程池状态>shutdown，可能为stop、tidying、terminated，不能添加worker线程
    B、线程池状态==shutdown，firstTask不为空，不能添加worker线程，因为shutdown状态的线程池不接收新任务
    C、线程池状态==shutdown，firstTask==null，workQueue为空，不能添加worker线程，因为firstTask为空是为了添加一个没有任务的线程再从workQueue获取task，而workQueue为　　　　空，说明添加无任务线程已经没有意义
2、线程池当前线程数量是否超过上限（corePoolSize 或 maximumPoolSize），超过了return false，没超过则对workerCount+1，继续下一步
3、在线程池的ReentrantLock保证下，向Workers Set中添加新创建的worker实例，添加完成后解锁，并启动worker线程，如果这一切都成功了，return true，如果添加worker入Set失败或启动失败，调用addWorkerFailed()逻辑

常见的四种线程池

newFixedThreadPool

public class FixPoolDemo {

    private static Runnable getThread(final int i) {
        return new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(i);
            }
        };
    }

    public static void main(String args[]) {
        ExecutorService fixPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            fixPool.execute(getThread(i));
        }
        fixPool.shutdown();
    }
}

固定大小的线程池，可以指定线程池的大小，该线程池corePoolSize和maximumPoolSize相等，阻塞队列使用的是LinkedBlockingQueue，大小为整数最大值。

该线程池中的线程数量始终不变，当有新任务提交时，线程池中有空闲线程则会立即执行，如果没有，则会暂存到阻塞队列。对于固定大小的线程池，不存在线程数量的变化。同时使用无界的LinkedBlockingQueue来存放执行的任务。当任务提交十分频繁的时候，LinkedBlockingQueue

迅速增大，存在着耗尽系统资源的问题。而且在线程池空闲时，即线程池中没有可运行任务时，它也不会释放工作线程，还会占用一定的系统资源，需要shutdown。

newSingleThreadExecutor

public class SingPoolDemo {
    private static Runnable getThread(final int i){
        return new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {

                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(i);
            }
        };
    }

    public static void main(String args[]) throws InterruptedException {
        ExecutorService singPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i=0;i<10;i++){
            singPool.execute(getThread(i));
        }
        singPool.shutdown();
    }

单个线程线程池，只有一个线程的线程池，阻塞队列使用的是LinkedBlockingQueue,若有多余的任务提交到线程池中，则会被暂存到阻塞队列，待空闲时再去执行。按照先入先出的顺序执行任务。

newCachedThreadPool

public class CachePool {
    private static Runnable getThread(final int i){
        return new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                }catch (Exception e){

                }
                System.out.println(i);
            }
        };
    }

    public static  void main(String args[]){
        ExecutorService cachePool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i=1;i<=10;i++){
            cachePool.execute(getThread(i));
        }
    }
}

缓存线程池，缓存的线程默认存活60秒。线程的核心池corePoolSize大小为0，核心池最大为Integer.MAX_VALUE,阻塞队列使用的是SynchronousQueue。是一个直接提交的阻塞队列，他总会迫使线程池增加新的线程去执行新的任务。在没有任务执行时，当线程的空闲时间超过keepAliveTime（60秒），则工作线程将会终止被回收，当提交新任务时，如果没有空闲线程，则创建新线程执行任务，会导致一定的系统开销。如果同时又大量任务被提交，而且任务执行的时间不是特别快，那么线程池便会新增出等量的线程池处理任务，这很可能会很快耗尽系统的资源。

newScheduledThreadPool

public class ScheduledExecutorServiceDemo {
    public static void main(String args[]) {

        ScheduledExecutorService ses = Executors.newScheduledThreadPool(10);
        ses.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(4000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getId() + "执行了");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }, 0, 2, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

定时线程池，该线程池可用于周期性地去执行任务，通常用于周期性的同步数据。

scheduleAtFixedRate:是以固定的频率去执行任务，周期是指每次执行任务成功执行之间的间隔。

schedultWithFixedDelay:是以固定的延时去执行任务，延时是指上一次执行成功之后和下一次开始执行的之前的时间。

最后杂谈

如何选择线程池数量

线程池的大小决定着系统的性能，过大或者过小的线程池数量都无法发挥最优的系统性能。

当然线程池的大小也不需要做的太过于精确，只需要避免过大和过小的情况。一般来说，确定线程池的大小需要考虑CPU的数量，内存大小，任务是计算密集型还是IO密集型等因素

NCPU = CPU的数量

UCPU = 期望对CPU的使用率 0 ≤ UCPU ≤ 1

W/C = 等待时间与计算时间的比率

如果希望处理器达到理想的使用率，那么线程池的最优大小为：

线程池大小=NCPU *UCPU(1+W/C)

在Java中使用

int ncpus = Runtime.getRuntime().availableProcessors();

获取CPU的数量。

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多线程面试题 | SpringMVC与Struts2区别与比较总结

2016-12-06 12:52
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