Java多线程怎么理解

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    1 线程池的优势

    总体来说,线程池有如下的优势:

    (1)降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。

    (2)提高响应速度。当任务到达时,任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。

    (3)提高线程的可管理性。线程是稀缺资源,如果无限制的创建,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。

    2 线程池的使用

    线程池的真正实现类是 ThreadPoolExecutor,其构造方法有如下4种:

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    }
     
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             threadFactory, defaultHandler);
    }
     
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), handler);
    }
     
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

    可以看到,其需要如下几个参数:

    • corePoolSize(必需):核心线程数。默认情况下,核心线程会一直存活,但是当将 allowCoreThreadTimeout 设置为 true 时,核心线程也会超时回收。

    • maximumPoolSize(必需):线程池所能容纳的最大线程数。当活跃线程数达到该数值后,后续的新任务将会阻塞。

    • keepAliveTime(必需):线程闲置超时时长。如果超过该时长,非核心线程就会被回收。如果将 allowCoreThreadTimeout 设置为 true 时,核心线程也会超时回收。

    • unit(必需):指定 keepAliveTime 参数的时间单位。常用的有:TimeUnit.MILLISECONDS(毫秒)、TimeUnit.SECONDS(秒)、TimeUnit.MINUTES(分)。

    • workQueue(必需):任务队列。通过线程池的 execute() 方法提交的 Runnable 对象将存储在该参数中。其采用阻塞队列实现。

    • threadFactory(可选):线程工厂。用于指定为线程池创建新线程的方式。

     线程池的使用流程如下:

    // 创建线程池
    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE,
                                                 MAXIMUM_POOL_SIZE,
                                                 KEEP_ALIVE,
                                                 TimeUnit.SECONDS,
                                                 sPoolWorkQueue,
                                                 sThreadFactory);
    // 向线程池提交任务
    threadPool.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            ... // 线程执行的任务
        }
    });
    // 关闭线程池
    threadPool.shutdown(); // 设置线程池的状态为SHUTDOWN,然后中断所有没有正在执行任务的线程
    threadPool.shutdownNow(); // 设置线程池的状态为 STOP,然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程,并返回等待执行任务的列表

    3 线程池的工作原理

    下面来描述一下线程池工作的原理,同时对上面的参数有一个更深的了解。其工作原理流程图如下:

    通过上图,相信大家已经对所有参数有个了解了。下面再对任务队列、线程工厂和拒绝策略做更多的说明。

    4 线程池的参数

    4.1 任务队列(workQueue)

    任务队列是基于阻塞队列实现的,即采用生产者消费者模式,在 Java 中需要实现 BlockingQueue 接口。但 Java 已经为我们提供了 7 种阻塞队列的实现:

    1. ArrayBlockingQueue:一个由数组结构组成的有界阻塞队列(数组结构可配合指针实现一个环形队列)。

    2. LinkedBlockingQueue: 一个由链表结构组成的有界阻塞队列,在未指明容量时,容量默认为 Integer.MAX_VALUE。

    3. PriorityBlockingQueue: 一个支持优先级排序的无界阻塞队列,对元素没有要求,可以实现 Comparable 接口也可以提供 Comparator 来对队列中的元素进行比较。跟时间没有任何关系,仅仅是按照优先级取任务。

    4. DelayQueue:类似于PriorityBlockingQueue,是二叉堆实现的无界优先级阻塞队列。要求元素都实现 Delayed 接口,通过执行时延从队列中提取任务,时间没到任务取不出来。

    5. SynchronousQueue: 一个不存储元素的阻塞队列,消费者线程调用 take() 方法的时候就会发生阻塞,直到有一个生产者线程生产了一个元素,消费者线程就可以拿到这个元素并返回;生产者线程调用 put() 方法的时候也会发生阻塞,直到有一个消费者线程消费了一个元素,生产者才会返回。

    6. LinkedBlockingDeque: 使用双向队列实现的有界双端阻塞队列。双端意味着可以像普通队列一样 FIFO(先进先出),也可以像栈一样 FILO(先进后出)。

    7. LinkedTransferQueue: 它是ConcurrentLinkedQueue、LinkedBlockingQueue 和 SynchronousQueue 的结合体,但是把它用在 ThreadPoolExecutor 中,和 LinkedBlockingQueue 行为一致,但是是无界的阻塞队列。

     注意有界队列和无界队列的区别:如果使用有界队列,当队列饱和时并超过最大线程数时就会执行拒绝策略;而如果使用无界队列,因为任务队列永远都可以添加任务,所以设置 maximumPoolSize 没有任何意义。

    4.2 线程工厂(threadFactory)

    线程工厂指定创建线程的方式,需要实现 ThreadFactory 接口,并实现 newThread(Runnable r) 方法。该参数可以不用指定,Executors 框架已经为我们实现了一个默认的线程工厂:

    /**
     * The default thread factory.
     */
    private static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {
        private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
        private final ThreadGroup group;
        private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
        private final String namePrefix;
     
        DefaultThreadFactory() {
            SecurityManager s = System.getSecurityManager();
            group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
                                  Thread.currentThread().getThreadGroup();
            namePrefix = "pool-" +
                          poolNumber.getAndIncrement() +
                         "-thread-";
        }
     
        public Thread newThread(Runnable r) {
            Thread t = new Thread(group, r,
                                  namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),
                                  0);
            if (t.isDaemon())
                t.setDaemon(false);
            if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)
                t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
            return t;
        }
    }

    4.3 拒绝策略(handler)

    当线程池的线程数达到最大线程数时,需要执行拒绝策略。拒绝策略需要实现 RejectedExecutionHandler 接口,并实现 rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) 方法。不过 Executors 框架已经为我们实现了 4 种拒绝策略:

    1. AbortPolicy(默认):丢弃任务并抛出 RejectedExecutionException 异常。

    2. CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务。

    3. DiscardPolicy:丢弃任务,但是不抛出异常。可以配合这种模式进行自定义的处理方式。

    4. DiscardOldestPolicy:丢弃队列最早的未处理任务,然后重新尝试执行任务。

    5 功能线程池

    嫌上面使用线程池的方法太麻烦?其实Executors已经为我们封装好了 4 种常见的功能线程池,如下:

    1. 定长线程池(FixedThreadPool)

    2. 定时线程池(ScheduledThreadPool )

    3. 可缓存线程池(CachedThreadPool)

    4. 单线程化线程池(SingleThreadExecutor)

    5.1 定长线程池(FixedThreadPool)

    创建方法的源码:

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }
    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }
    • 特点:只有核心线程,线程数量固定,执行完立即回收,任务队列为链表结构的有界队列。

    • 应用场景:控制线程最大并发数。

     使用示例:

    // 1. 创建定长线程池对象 & 设置线程池线程数量固定为3
    ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
    // 2. 创建好Runnable类线程对象 & 需执行的任务
    Runnable task =new Runnable(){
      public void run() {
         System.out.println("执行任务啦");
      }
    };
    // 3. 向线程池提交任务
    fixedThreadPool.execute(task);

    5.2 定时线程池(ScheduledThreadPool )

    创建方法的源码:

    private static final long DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS = 10L;
     
    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }
    public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
              DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }
     
    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(
            int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);
    }
    public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                       ThreadFactory threadFactory) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
              DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
              new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
    }
    • 特点:核心线程数量固定,非核心线程数量无限,执行完闲置 10ms 后回收,任务队列为延时阻塞队列。

    • 应用场景:执行定时或周期性的任务。

     使用示例:

    // 1. 创建 定时线程池对象 & 设置线程池线程数量固定为5
    ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
    // 2. 创建好Runnable类线程对象 & 需执行的任务
    Runnable task =new Runnable(){
      public void run() {
         System.out.println("执行任务啦");
      }
    };
    // 3. 向线程池提交任务
    scheduledThreadPool.schedule(task, 1, TimeUnit.SECONDS); // 延迟1s后执行任务
    scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(task,10,1000,TimeUnit.MILLISECONDS);// 延迟10ms后、每隔1000ms执行任务

    5.3 可缓存线程池(CachedThreadPool)

    创建方法的源码:

    public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }
    public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }
    • 特点:无核心线程,非核心线程数量无限,执行完闲置 60s 后回收,任务队列为不存储元素的阻塞队列。

    • 应用场景:执行大量、耗时少的任务。

     使用示例:

    // 1. 创建可缓存线程池对象
    ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
    // 2. 创建好Runnable类线程对象 & 需执行的任务
    Runnable task =new Runnable(){
      public void run() {
         System.out.println("执行任务啦");
      }
    };
    // 3. 向线程池提交任务
    cachedThreadPool.execute(task);

    5.4 单线程化线程池(SingleThreadExecutor)

    创建方法的源码:

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }
    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                    threadFactory));
    }
    • 特点:只有 1 个核心线程,无非核心线程,执行完立即回收,任务队列为链表结构的有界队列。

    • 应用场景:不适合并发但可能引起 IO 阻塞性及影响 UI 线程响应的操作,如数据库操作、文件操作等

     使用示例:

    // 1. 创建单线程化线程池
    ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    // 2. 创建好Runnable类线程对象 & 需执行的任务
    Runnable task =new Runnable(){
      public void run() {
         System.out.println("执行任务啦");
      }
    };
    // 3. 向线程池提交任务
    singleThreadExecutor.execute(task);

    5.5 对比

    读到这里,这篇“Java多线程怎么理解”文章已经介绍完毕,想要掌握这篇文章的知识点还需要大家自己动手实践使用过才能领会,如果想了解更多相关内容的文章,欢迎关注云搜网行业资讯频道。


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