并發(fā)編程系列博客

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并發(fā)編程系列之如何正確使用線程池？在上一章節(jié)的學(xué)習(xí)中，我們掌握了線程的基本知識，接著本博客會繼續(xù)學(xué)習(xí)多線程中的線程池知識

1、線程是不是越多越好？

在學(xué)習(xí)多線程之前，讀者可能會有疑問？如果單線程跑得太慢，那么是否就能多創(chuàng)建多個線程來跑任務(wù)？并發(fā)的情況，線程是不是創(chuàng)建越多越好？這是一個很經(jīng)典的問題，畫圖表示一下創(chuàng)建很多線程的情況，然后進行情況分析。

• 創(chuàng)建線程和銷毀線程都是需要時間的，如果創(chuàng)建時間+銷毀時間>執(zhí)行任務(wù)時間就很不劃算
• 創(chuàng)建后的線程是需要內(nèi)存去存放的，創(chuàng)建的線程對應(yīng)一個Thread對象，對象是會占用JVM的堆內(nèi)存的，根據(jù)jvm規(guī)范，一個線程默認最大棧大小為1M，這個棧空間也是需要從系統(tǒng)內(nèi)存中分配的，所以線程越多，需要的內(nèi)存就越多
• 創(chuàng)建線程，操作系統(tǒng)是需要頻繁進行線程上下文切換的，所以線程創(chuàng)建太多，是會影響性能的

上下文切換(context switch)：對于單核CPU來說，在一個時刻只能運行一個線程，對于并行來說，單核cpu也是可以支持多線程執(zhí)行代碼的，CPU是通過給線程分配時間片來解決的，所謂時間片是CPU給每個線程分配的時間，時間片的時間是非常短的，所以執(zhí)行完成一個時間片后，進行任務(wù)切換，切換之前先保存這個任務(wù)的狀態(tài)，以便于下次換回來的時候，可以加載這個任務(wù)的狀態(tài)，所以從保存任務(wù)狀態(tài)到再加載任務(wù)的過程稱為上下文切換，不僅在線程間可以上下文切換，進程也同樣可以

2、如何正確使用多線程？

• 如果是計算型任務(wù)？
  CPU數(shù)量的1~2倍即可
• 如果是IO密集型任務(wù)？
  就需要多一些線程，要根據(jù)具體的io阻塞時長來進行考量決定

3、Java線程池的工作原理

• 接收任務(wù)，放入線程池的任務(wù)倉庫
• 工作線程從線程池的任務(wù)倉庫取，執(zhí)行
• 沒有任務(wù)時，線程阻塞，有任務(wù)時喚醒線程

4、掌握JUC線程池API

• Executor ： 接口類

• ExecutorService：加入關(guān)閉方法和對Runnable、Callable、Future的支持
  

  • shutdown：已經(jīng)提交的會執(zhí)行完成
  • shutdownNow：正在執(zhí)行的會執(zhí)行完成，未來執(zhí)行的返回
  • awaitTermination：阻塞等待任務(wù)關(guān)閉完成
  • submit類型的：都是提交任務(wù)的，支持Runnable和Callable
  • invokeAll類型的：執(zhí)行集合中所有任務(wù)

• ScheduleExecutorService ：加入對定時任務(wù)的支持
  
  其中schedule(Runablle , long, Timeunit)和schedule(Callable<V> , long, TimeUnit)表示的是多久后執(zhí)行，而scheduleAtFixedRate方法和scheduleWithFixedDelay方法表示的都是周期性重復(fù)執(zhí)行的

再描述scheduleAtFixedRate方法和scheduleWithFixedDelay方法的區(qū)別：
scheduleAtFixedRate：以固定的時間頻率重復(fù)執(zhí)行任務(wù)，如每10s ，也就是兩個任務(wù)直接以固定的時間間隔執(zhí)行，不管任務(wù)執(zhí)行完成與否

scheduleWithFixedDelay：以固定的任務(wù)時延遲來重復(fù)執(zhí)行任務(wù)，這種任務(wù)不管任務(wù)執(zhí)行多久都執(zhí)行完成，然后隔預(yù)定的如3s，接著執(zhí)行下一個任務(wù)，每個任務(wù)之間的間隔都是一樣的

• Executors：快速得到線程池的工具類，創(chuàng)建線程池的工廠類

  • newFixedThreadPool(int nThreads)：創(chuàng)建一個固定大小、任務(wù)隊列 無界的線程池。線程池的核心線程數(shù)=最大線程池=nThreads
  • newCachedThreadPool()：創(chuàng)建的是一個大小無界的緩沖線程池。它的任務(wù)隊列是一個同步隊列。如果隊列中有空閑的線程，則用空閑線程執(zhí)行，如果沒有就創(chuàng)建新線程執(zhí)行。池中線程空閑超過60s，就會被釋放。緩沖線程池使用于執(zhí)行耗時比較小的異步任務(wù)。線程池的核心線程數(shù)=0，最大線程池=Integer.MAX_VALUE
  • newSingleThreadExecutor()：創(chuàng)建的是只有一個線程來執(zhí)行無界任務(wù)隊列的單一線程池。該線程池按順序執(zhí)行一個一個加入的任務(wù)，任何時刻都只有一個線程在執(zhí)行。單一線程池和newFixedThreadPool(1)的區(qū)別在于，單一線程池的池大小是不能再改變的
  • newScheduleThreadPool(int corePoolSize)： 能定時執(zhí)行任務(wù)的線程池，該池的核心線程數(shù)由參數(shù)corePoolSize指定，最大線程數(shù)=Integer.MAX_VALUE
  • newWorkStealingPool()：以當前系統(tǒng)可用的處理器數(shù)作為并行級別創(chuàng)建的work-stealing thread pool(ForkJoinPool)
  • newWorkStealingPool(int parallelism)：以指定的parallelism并行級別創(chuàng)建的work-stealing thread pool(ForkJoinPool)

• ThreadPoolExecutor：線程池的標準實現(xiàn)
  
  下面列舉出ThreadPoolExecutor的主要參數(shù)：

雖然Executors使用起來很方便，不過在阿里編程規(guī)范里是強調(diào)了慎用Executors創(chuàng)建線程池，下面摘錄自阿里編程規(guī)范手冊：

【強制】線程池不允許使用Executors去創(chuàng)建，而是通過ThreadPoolExecutor的方式，
這樣的處理方式讓寫的同學(xué)更加明確線程池的運行規(guī)則，規(guī)避資源耗盡的風險。
說明：Executors各個方法的弊端：
1）newFixedThreadPool和newSingleThreadExecutor:
??主要問題是堆積的請求處理隊列可能會耗費非常大的內(nèi)存，甚至OOM。
2）newCachedThreadPool和newScheduledThreadPool:
??主要問題是線程數(shù)最大數(shù)是Integer.MAX_VALUE，可能會創(chuàng)建數(shù)量非常多的線程，甚至OOM。

ThreadPoolExecutor的基本參數(shù)：

new ThreadPoolExecutor(
				2, // 核心線程數(shù) 
				5, // 最大線程數(shù)
                60L, // keepAliveTime,線程空閑超過這個數(shù)，就會被銷毀釋放
                TimeUnit.SECONDS, // keepAliveTime的時間單位
                new ArrayBlockingQueue(5)); // 傳入邊界為5的工作隊列

畫流程圖表示，線程池的核心參數(shù)是corePoolSize、maxPoolSize、workQueue（工作隊列）

線程池工作原理示意圖：任務(wù)可以一直放，直到線程池滿了的情況，才會拒絕，然后除了核心線程，其它的線程會被合理回收。所以正常情況下，線程池中的線程數(shù)量會處在 corePoolSize 與 maximumPoolSize 的閉區(qū)間內(nèi)

ThreadPoolExecutor基本實例：

ExecutorService service = new ThreadPoolExecutor(2, 5,
                60L, TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue(5));
 service.execute(() ->{
     System.out.println(String.format("thread name:%s",Thread.currentThread().getName()));
 });
  // 避免內(nèi)存泄露，記得關(guān)閉線程池
 service.shutdown();

ThreadPoolExecutor加上Callable、Future使用的例子：

public static void  main(String[] args) {
	ExecutorService service = new ThreadPoolExecutor(2, 5,
	                60L, TimeUnit.SECONDS,
	                new ArrayBlockingQueue(5));
	
	Future<Integer> future = service.submit(new CallableTask());
	Thread.sleep(3000);
	System.out.println("future is done?" + future.isDone());
	if (future.isDone()) {
	    System.out.println("callableTask返回參數(shù):"+future.get());
	}
	service.shutdown();
}

static class CallableTask implements Callable<Integer>{
     @Override
     public Integer call() {
         return ThreadLocalRandom.current().ints(0, (99 + 1)).limit(1).findFirst().getAsInt();
     }
 }