前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
圈层
工具
发布
首页
学习
活动
专区
圈层
工具
MCP广场
社区首页 >专栏 >Java并发-线程池篇-附场景分析

Java并发-线程池篇-附场景分析

原创
作者头像
汤圆学Java
修改于 2021-05-19 03:42:29
修改于 2021-05-19 03:42:29
68500
代码可运行
举报
文章被收录于专栏:汤圆学Java汤圆学Java
运行总次数:0
代码可运行

作者:汤圆

个人博客:javalover.cc

前言

前面我们在创建线程时,都是直接new Thread();

这样短期来看是没有问题的,但是一旦业务量增长,线程数过多,就有可能导致内存异常OOM,CPU爆满等问题

幸运的是,Java里面有线程池的概念,而线程池的核心框架,就是我们今天的主题,Executor

接下来,就让我们一起畅游在Java线程池的海洋中吧

本节会用银行办业务的场景来对比介绍线程池的核心概念,这样理解起来会很轻松

简介

Executor是线程池的核心框架;

和它相对应的有一个辅助工厂类Executors,这个类提供了许多工厂方法,用来创建各种各样的线程池,下面我们先看下几种常见的线程池

代码语言:javascript
代码运行次数:0
运行
AI代码解释
复制
// 容量固定的线程池
Executor fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
// 容量动态增减的线程池
Executor cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
// 单个线程的线程池
Executor singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
// 基于调度机制的线程池(不同于上面的线程池,这个池创建的任务不会立马执行,而是定期或者延时执行)
Executor scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);

上面这些线程池的区别主要就是线程数量的不同以及任务执行的时机

下面让我们开始吧

文章如果有问题,欢迎大家批评指正,在此谢过啦

目录

  1. 线程池的底层类ThreadPoolExecutor
  2. 为啥阿里不建议使用 Executors来创建线程池?
  3. 线程池的生命周期 ExecutorService

正文

1. 线程池的底层类 ThreadPoolExecutor

在文章开头创建的几个线程池,内部都是有调用ThreadPoolExecutor这个类的,如下所示

代码语言:javascript
代码运行次数:0
运行
AI代码解释
复制
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

这个类是Exexutor的一个实现类,关系图如下所示:

  • 其中Executors就是上面介绍的辅助工厂类,用来创建各种线程池
  • 接口ExecutorService是Executor的一个子接口,它对Executor进行了扩展,原有的Executor只能执行任务,而ExecutorService还可以管理线程池的生命周期(下面会介绍)

所以我们先来介绍下这个底层类,它的完整构造参数如下所示:

代码语言:javascript
代码运行次数:0
运行
AI代码解释
复制
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {

在介绍这些参数之前,我们可以先举个生活中的例子-去银行办业务;然后对比着来理解,会比较清晰

(图中绿色的窗口表示一直开着)

  • corePoolSize: 核心线程数,就是一直存在的线程(不管用不用);=》窗口的1号窗和2号窗
  • maximumPoolSize:最大线程数,就是最多可以创建多少个线程;=》窗口的1,2,3,4号窗
  • keepAliveTime:多余的线程(最大线程数 减去 核心线程数)空闲时存活的时间;=》窗口的3号窗和4号窗空闲的时间,如果超过keepAliveTime,还没有人来办业务,那么就会暂时关闭3号窗和4号窗
  • workQueue: 工作队列,当核心线程数都在执行任务时,再进来的任务就会添加到工作队列中;=》椅子,客户等待区
  • threadFactory:线程工厂,用来创建初始的核心线程,下面会有介绍;
  • handler:拒绝策略,当所有线程都在执行任务,且工作队列也满时,再进来的任务就会被执行拒绝策略(比如丢弃);=》左下角的那个小人

基本的工作流程如下所示:

上面的参数我们着重介绍下工作队列和拒绝策略,线程工厂下面再介绍

工作队列:

  • ArrayBlockingQueue:
    • 数组阻塞队列,这个队列是一个有界队列,遵循FIFO,尾部插入,头部获取
    • 初始化时需指定队列的容量 capacity
    • 类比到上面的场景,就是椅子的数量为初始容量capacity
  • LinkedBlockingQueue:
    • 链表阻塞队列,这是一个无界队列,遵循FIFO,尾部插入,头部获取
    • 初始化时可不指定容量,此时默认的容量为Integer.MAX_VALUE,基本上相当于无界了,此时队列可一直插入(如果处理任务的速度小于插入的速度,时间长了就有可能导致OOM)
    • 类比到上面的场景,就是椅子的数量为Integer.MAX_VALUE
  • SynchronousQueue:
    • 同步队列,阻塞队列的特殊版,即没有容量的阻塞队列,随进随出,不做停留
    • 类比到上面的场景,就是椅子的数量为0,来一个人就去柜台办理,如果柜台满了,就拒绝
  • PriorityBlockingQueue
    • 优先级阻塞队列,这是一个无界队列,不遵循FIFO,而是根据任务自身的优先级顺序来执行
    • 初始化可不指定容量,默认11(既然有容量,怎么还是无界的呢?因为它添加元素时会进行扩容)
    • 类比到上面的场景,就是新来的可以插队办理业务,好比各种会员

拒绝策略:

  • AbortPolicy(默认):
    • 中断策略,抛出异常 RejectedExecutionException;
    • 如果线程数达到最大,且工作队列也满,此时再进来任务,则抛出 RejectedExecutionException(系统会停止运行,但是不会退出)
  • DiscardPolicy:
    • 丢弃策略,丢掉新来的任务
    • 如果线程数达到最大,且工作队列也满,此时再进来任务,则直接丢掉(看任务的重要程度,不重要的任务可以用这个策略)
  • DiscardOldestPolicy:
    • 丢弃最旧策略,丢掉最先进入队列的任务(有点残忍了),然后再次执行插入操作
    • 如果线程数达到最大,且工作队列也满,此时再进来任务,则直接丢掉队列头部的任务,并再次插入任务
  • CallerRunsPolicy:
    • 回去执行策略,让新来的任务返回到调用它的线程中去执行(比如main线程调用了executors.execute(task),那么就会将task返回到main线程中去执行)
    • 如果线程数达到最大,且工作队列也满,此时再进来任务,则直接返回该任务,到调用它的线程中去执行

2. 为啥阿里不建议使用 Executors来创建线程池?

原话如下:

我们可以写几个代码来测试一下

先测试FixedThreadPool,代码如下:

代码语言:javascript
代码运行次数:0
运行
AI代码解释
复制
public class FixedThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个固定容量为10的线程池,核心线程数和最大线程数都为10
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
            try{
                executorService.execute(()->{
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

这里我们需对VM参数做一点修改,让问题比较容易复现

如下所示,我们添加-Xmx8m -Xms8m到VM option中(-Xmx8m:JVM堆的最大内存为8M, -Xms8m,JVM堆的初始化内存为8M):

此时点击运行,就会发现报错如下:

代码语言:javascript
代码运行次数:0
运行
AI代码解释
复制
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue.offer(LinkedBlockingQueue.java:416)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1371)
    at com.jalon.concurrent.chapter6.FixedThreadPoolDemo.main(FixedThreadPoolDemo.java:21)

我们来分析下原因

  • 首先,newFixedThreadPool内部用的工作队列为LinkedBlockingQueue,这是一个无界队列(容量最大为Integer.MAX_VALUE,基本上可一直添加任务)
  • 如果任务插入的速度,超过了任务执行的速度,那么队列肯定会越来越长,最终导致OOM

CachedThreadPool也是类似的原因,只不过它是因为最大线程数为Integer.MAX_VALUE; 所以当任务插入的速度,超过了任务执行的速度,那么线程的数量会越来越多,最终导致OOM

那我们要怎么创建线程池呢?

可以用ThreadPoolExecutor来自定义创建,通过为最大线程数和工作队列都设置一个边界,来限制相关的数量,如下所示:

代码语言:javascript
代码运行次数:0
运行
AI代码解释
复制
public class ThreadPoolExecutorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService service = new ThreadPoolExecutor(
                1, // 核心线程数
                1, // 最大线程数
                60L, // 空闲时间
                TimeUnit.MILLISECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(1), // 数组工作队列,长度1
                new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); // 拒绝策略:丢弃
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
            // 通过这里的打印信息,我们可以知道循环了3次
            // 原因就是第一次的任务在核心线程中执行,第二次的任务放到了工作队列,第三次的任务被拒绝执行
            System.out.println(i);
            service.execute(()->{
                // 这里会报异常,是因为执行了拒绝策略(达到了最大线程数,队列也满了,此时新进来的任务就会执行拒绝策略)
                // 这里需要注意的是,抛出异常后,代码并不会退出,而是卡在异常这里,包括主线程也会被卡住(这个是默认的拒绝策略)
                // 我们可以用其他的拒绝策略,比如DiscardPolicy,此时代码就会继续往下执行
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            });
        }
        try {
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("主线程 sleep ");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. 线程池的生命周期 ExecutorService

Executor接口默认只有一个方法void execute(Runnable command);,用来执行任务

任务一旦开启,我们就无法再去插手了,比如停止、监控等

此时就需要ExecutorService登场了,它是Executor的一个子接口,对其进行了扩展,方法如下:

代码语言:javascript
代码运行次数:0
运行
AI代码解释
复制
public interface ExecutorService extends Executor {void shutdown(); // 优雅地关闭,这个关闭会持续一段时间,以等待已经提交的任务去执行完成(但是在shutdown之后提交的任务会被拒绝)
​
    List<Runnable> shutdownNow(); // 粗暴地关闭,这个关闭会立即关闭所有正在执行的任务,并返回工作队列中等待的任务
​
    boolean isShutdown();
​
    boolean isTerminated();// 用来等待线程的执行
    // 如果在timeout之内,线程都执行完了,则返回true;
    // 如果等了timeout,还没执行完,则返回false;
    // 如果timeout之内,线程被中断,则抛出中断异常
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) 
        throws InterruptedException;<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
   
    <T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
}

从上面可以看到,线程池的生命周期分三步:

  1. 运行:创建后就开始运行
  2. 关闭:调用shutdown进入关闭状态
  3. 已终止:所有线程执行完毕

总结

  1. 线程池的底层类 ThreadPoolExecutor:核心概念就是核心线程数、最大线程数、工作队列、拒绝策略
  2. 为啥阿里不建议使用 Executors来创建线程池?:因为会导致OOM,解决办法就是自定义ThreadPoolExecutor,为最大线程数和工作队列设置边界
  3. 线程池的生命周期ExecutorService:运行状态(创建后进入)、关闭状态(shutdown后进入)、已终止状态(所有线程都执行完成后进入)

参考内容:

后记

愿你的意中人亦是中意你之人

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

评论
登录后参与评论
暂无评论
推荐阅读
编辑精选文章
换一批
【Java】一文看懂Thread 线程池的 7 种创建方式、任务队列及自定义线程池(代码示例)
Java线程池是提高应用性能的关键组件。线程池通过预先创建并管理一组线程,可以显著减少因频繁创建和销毁线程而产生的资源消耗。本文将探讨Java线程池的基本概念、创建方法以及最佳实践。
程序员洲洲
2024/06/07
1.8K0
【Java】一文看懂Thread 线程池的 7 种创建方式、任务队列及自定义线程池(代码示例)
线程池-从零到一了解并掌握线程池
注意:这里主要是考察你实际到底用没用过。真正使用过的一定会说这些创建方式的优缺点。!!!不建议使用Executors创建线程:
@派大星
2023/09/08
2240
线程池-从零到一了解并掌握线程池
Java的Executor框架和线程池实现原理
Executor接口是Executor框架中最基础的部分,定义了一个用于执行Runnable的execute方法,它没有实现类只有另一个重要的子接口ExecutorService
全栈程序员站长
2022/11/17
4750
Java的Executor框架和线程池实现原理
Java并发——线程池运行机制和如何使用
源码分析:上面的流程分析让我们很直观的了解的线程池的工作原理,让我们再通过源代码来看看是如何实现的。线程池执行任务的方法如下:
良月柒
2019/03/19
1.6K0
【Java 线程池】Java 创建线程池的正确姿势: Executors 和 ThreadPoolExecutor 详解
Executors的创建线程池的方法,创建出来的线程池都实现了ExecutorService接口。常用方法有以下几个:
一个会写诗的程序员
2020/06/03
37.4K0
Java中executors提供的的4种线程池
jdk中关于线程池一个比较核心的类是ThreadPoolExecutor,先来看一下他的实现.
呼延十
2019/06/26
1.2K0
线程池的基本使用
线程池作用 借由《Java并发编程的艺术》 降低资源消耗。通过重复利用已经创建的线程,能够降低线程创建和销毁造成的消耗。 提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等待线程的创建就能立即执行。 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制地创建,不仅会消耗系统资源,还会降低系统的稳定性,使用线程池可以进行统一的分配,调优和监控。 ThreadPoolExecutor类 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
笑凡尘
2020/10/20
4240
线程池:治理线程的法宝
在当今计算机的CPU计算速度非常快的情况下,为了能够充分利用CPU性能提高程序运行效率我们在程序中使用了线程。但是在高并发情况下会频繁的创建和销毁线程,这样就变相的阻碍了程序的执行速度,所以为了管理线程资源和减少线程创建以及销毁的性能消耗就引入了线程池。
用户1516716
2020/02/20
8380
线程池:治理线程的法宝
一篇搞懂线程池
在上一篇文章《spring boot使用@Async异步任务》中我们了解了使用@Async的异步任务使用,在这篇文章中我们将学习使用线程池来创建异步任务的线程。
小森啦啦啦
2019/07/14
6880
线程池和队列学习,队列在线程池中的使用,什么是队列阻塞,什么是有界队列「建议收藏」
2,在ExecuorService中提供了newSingleThreadExecutor,newFixedThreadPool,newCacheThreadPool,newScheduledThreadPool四个方法,这四个方法返回的类型是ThreadPoolExecutor。
全栈程序员站长
2022/08/09
3.4K0
线程池和队列学习,队列在线程池中的使用,什么是队列阻塞,什么是有界队列「建议收藏」
线程池创建方式
创建一个可缓存的线程池,若线程数超过处理所需,缓存一段时间后会回收,若线程数不够,则新建线程。
ruochen
2021/11/24
7500
Java线程池
线程池的核心实现类,基于ThreadPoolExecutor可以实现满足不同场景的线程池
spilledyear
2020/02/10
9870
相关推荐
【Java】一文看懂Thread 线程池的 7 种创建方式、任务队列及自定义线程池(代码示例)
更多 >
领券
问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档
本文部分代码块支持一键运行,欢迎体验
本文部分代码块支持一键运行,欢迎体验