Java线程池必备知识点:工作流程、常见参数、调优、监控

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Java线程池必备知识点:工作流程、常见参数、调优、监控

作者:晓之木初

blog.csdn.net/u014454538/article/details/96910729

1. Java的线程池

① 合理使用线程池的好处

Java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者并发执行任务的程序都可以使用线程池。

合理使用线程池能带来的好处:

降低资源消耗。

通过重复利用已经创建的线程降低线程创建的和销毁造成的消耗。例如,工作线程Woker会无线循环获取阻塞队列中的任务来执行。

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。

提高线程的可管理性。

线程是稀缺资源,Java的线程池可以对线程资源进行统一分配、调优和监控。

② 线程池的工作流程

一个新的任务到线程池时,线程池的处理流程如下:

  1. 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是,创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进入下个流程。
  2. 线程池判断阻塞队列是否已满。如果阻塞队列没有满,则将新提交的任务存储在阻塞队列中。如果阻塞队列已满,则进入下个流程。
  3. 线程池判断线程池里的线程是否都处于工作状态。如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已满,则交给饱和策略来处理这个任务。
Java线程池必备知识点:工作流程、常见参数、调优、监控

线程池的核心实现类是ThreadPoolExecutor类,用来执行提交的任务。因此,任务提交到线程池时,具体的处理流程是由ThreadPoolExecutor类的execute()方法去完成的。

Java线程池必备知识点:工作流程、常见参数、调优、监控
  1. 如果当前运行的线程少于corePoolSize,则创建新的工作线程来执行任务(执行这一步骤需要获取全局锁)。
  2. 如果当前运行的线程大于或等于corePoolSize,而且BlockingQueue未满,则将任务加入到BlockingQueue中。
  3. 如果BlockingQueue已满,而且当前运行的线程小于maximumPoolSize,则创建新的工作线程来执行任务(执行这一步骤需要获取全局锁)。
  4. 如果当前运行的线程大于或等于maximumPoolSize,任务将被拒绝,并调用RejectExecutionHandler.rejectExecution()方法。即调用饱和策略对任务进行处理。

工作线程(Worker)

线程池在创建线程时,会将线程封装成工作线程Woker。Woker在执行完任务后,不是立即销毁而是循环获取阻塞队列里的任务来执行。

③ 线程池的创建(7个参数)

可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池:

new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, 
 TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize(线程池的基本大小):

  1. 提交一个任务到线程池时,线程池会创建一个新的线程来执行任务。注意:即使有空闲的基本线程能执行该任务,也会创建新的线程。
  2. 如果线程池中的线程数已经大于或等于corePoolSize,则不会创建新的线程。
  3. 如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法,线程池会提前创建并启动所有基本线程。

maximumPoolSize(线程池的最大数量):线程池允许创建的最大线程数。

  1. 阻塞队列已满,线程数小于maximumPoolSize便可以创建新的线程执行任务。
  2. 如果使用无界的阻塞队列,该参数没有什么效果。

workQueue(工作队列):用于保存等待执行的任务的阻塞队列。

  1. ArrayBlockingQueue:基于数组结构的有界阻塞队列,按FIFO(先进先出)原则对任务进行排序。使用该队列,线程池中能创建的最大线程数为maximumPoolSize。
  2. LinkedBlockingQueue:基于链表结构的无界阻塞队列,按FIFO(先进先出)原则对任务进行排序,吞吐量高于ArrayBlockingQueue。使用该队列,线程池中能创建的最大线程数为corePoolSize。静态工厂方法 Executor.newFixedThreadPool()使用了这个队列。
  3. SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。添加任务的操作必须等到另一个线程的移除操作,否则添加操作一直处于阻塞状态。静态工厂方法 Executor.newCachedThreadPool()使用了这个队列。
  4. PriorityBlokingQueue:一个支持优先级的无界阻塞队列。使用该队列,线程池中能创建的最大线程数为corePoolSize。

keepAliveTime(线程活动保持时间):线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。如果任务多而且任务的执行时间比较短,可以调大keepAliveTime,提高线程的利用率。

unit(线程活动保持时间的单位):可选单位有DAYS、HOURS、MINUTES、毫秒、微秒、纳秒。

handler(饱和策略,或者又称拒绝策略):当队列和线程池都满了,即线程池饱和了,必须采取一种策略处理提交的新任务。

  • AbortPolicy:无法处理新任务时,直接抛出异常,这是默认策略。
  • CallerRunsPolicy:用调用者所在的线程来执行任务。
  • DiscardOldestPolicy:丢弃阻塞队列中最靠前的一个任务,并执行当前任务。
  • DiscardPolicy:直接丢弃任务。

threadFactory:构建线程的工厂类

总结:

1.常用的5个,核心池、最大池、空闲时间、时间的单位、阻塞队列;另外两个:拒绝策略、线程工厂类

2.常见线程池的创建参数如下。PS: CachedThreadPool核心池为0,最大池为Integer.MAX_VALUE,相当于只使用了最大池;其他线程池,核心池与最大池一样大,因此相当于只用了核心池。

FixedThredPool: new ThreadExcutor(n, n, 0L, ms, new LinkedBlockingQueue<Runable>()
SingleThreadExecutor: new ThreadExcutor(1, 1, 0L, ms, new LinkedBlockingQueue<Runable>())
CachedTheadPool: new ThreadExcutor(0, max_valuem, 60L, s, new SynchronousQueue<Runnable>());
ScheduledThreadPoolExcutor: ScheduledThreadPool, SingleThreadScheduledExecutor.

3.如果使用的阻塞队列为无界队列,则永远不会调用拒绝策略,因为再多的任务都可以放在队列中。

4.SynchronousQueue是不存储任务的,新的任务要么立即被已有线程执行,要么创建新的线程执行。

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④ 向线程池提交任务

使用ThreadPoolEXecutor.executor()方法来提交任务:

public void execute(Runnable command) {
    // command为null,抛出NullPointerException
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();      
    int c = ctl.get();
    // 线程池中的线程数小于corePoolSize,创建新的线程
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))// 创建工作线程
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 将任务添加到阻塞队列,如果
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(nullfalse);
    }// 阻塞队列已满,尝试创建新的线程,如果超过maximumPoolSize,执行handler.rejectExecution()
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

⑤ 线程池的五种运行状态

RUNNING :  该状态的线程池既能接受新提交的任务,又能处理阻塞队列中任务。

SHUTDOWN: 该状态的线程池不能接收新提交的任务但是能处理阻塞队列中的任务。(政府服务大厅不在允许群众拿号了,处理完手头的和排队的政务就下班。)

  • 处于 RUNNING 状态时,调用 shutdown()方法会使线程池进入到该状态。
  • 注意:finalize() 方法在执行过程中也会隐式调用shutdown()方法。

STOP:  该状态的线程池不接受新提交的任务,也不处理在阻塞队列中的任务,还会中断正在执行的任务。(政府服务大厅不再进行服务了,拿号、排队、以及手头工作都停止了。)

  • 在线程池处于 RUNNING 或 SHUTDOWN 状态时,调用 shutdownNow() 方法会使线程池进入到该状态;

TIDYING:  如果所有的任务都已终止,workerCount (有效线程数)=0 。

  • 线程池进入该状态后会调用 terminated() 钩子方法进入TERMINATED 状态。

TERMINATED: 在terminated()钩子方法执行完后进入该状态,默认terminated()钩子方法中什么也没有做。

Java线程池必备知识点:工作流程、常见参数、调优、监控

⑥ 线程池的关闭(shutdown或者shutdownNow方法)

可以通过调用线程池的shutdown或者shutdownNow方法来关闭线程池:遍历线程池中工作线程,逐个调用interrupt方法来中断线程。

shutdown方法与shutdownNow的特点:

  • shutdown方法将线程池的状态设置为SHUTDOWN状态,只会中断空闲的工作线程。
  • shutdownNow方法将线程池的状态设置为STOP状态,会中断所有工作线程,不管工作线程是否空闲。
  • 调用两者中任何一种方法,都会使isShutdown方法的返回值为true;线程池中所有的任务都关闭后,isTerminated方法的返回值为true。
  • 通常使用shutdown方法关闭线程池,如果不要求任务一定要执行完,则可以调用shutdownNow方法。

2. java线程池的调优以及监控

① 线程池的调优(线程池的合理配置)

先从以下几个角度分析任务的特性:

  • 任务的性质:CPU 密集型任务、IO 密集型任务和混合型任务。
  • 任务的优先级:高、中、低。
  • 任务的执行时间:长、中、短。
  • 任务的依赖性:是否依赖其他系统资源,如数据库连接。

任务性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理。可以通过 Runtime.getRuntime().availableProcessors() 方法获得当前设备的 CPU 个数。

CPU 密集型任务配置 尽可能小的线程,如配置N^cpu+1个线程的线程池。

IO 密集型任务则由于线程并不是一直在执行任务,则配置尽可能多的线程,如2*N^cpu

混合型任务 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。

  • 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。但是,如果一直有高优先级的任务加入到阻塞队列中,那么低优先级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,线程数应该设置得较大,这样才能更好的利用 CPU。
  • 建议使用有界队列,有界队列能增加系统的稳定性和预警能力。可以根据需要设大一点,比如几千。使用无界队列,线程池的队列就会越来越大,有可能会撑满内存,导致整个系统不可用。② 线程池的监控

可以通过线程池提供的参数读线程池进行监控,有以下属性可以使用:

  • taskCount:线程池需要执行的任务数量,包括已经执行完的、未执行的和正在执行的。
  • completedTaskCount:线程池在运行过程中已完成的任务数量,completedTaskCount <= taskCount
  • largestPoolSize:线程池曾经创建过的最大线程数量,通过这个数据可以知道线程池是否满过。如等于线程池的最大大小,则表示线程池曾经满了。
  • getPoolSize: 线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话,池里的线程不会自动销毁,所以线程池的线程数量只增不减。
  • getActiveCount:获取活动的线程数。

通过继承线程池并重写线程池的 beforeExecute,afterExecute 和 terminated 方法,我们可以在任务执行前,执行后和线程池关闭前干一些事情。

如监控任务的平均执行时间,最大执行时间和最小执行时间等。这几个方法在线程池里是空方法,如:

protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }

3. Java线程池的常见问题

1. 讲讲Java的线程池

基础讲解:

  • 以ThreadPoolExecutor为切入点,讲解excute()方法中所体现的Java线程池运行流程。
  • 工作线程Worker,它的循环工作特点
  • 如何新建线程池:7个参数(重点在阻塞队列和饱和策略)
进阶:
  • 线程池五个状态的特点以及如何进行状态之间的切换:running、shutdown、stop、tidying、terminated。
  • 如何关闭线程:shutdown方法和shutdownNow方法的特点
  • 线程池的调优(针对任务的不同特性 + 建议使用有界队列)
  • 线程池的监控参数以及可以重写的方法。

两种主要的线程池类型:普通的线程池ThreadPoolExecutor,支持延迟或周期性执行的任务的线程池ScheduledThreadPoolExcutor。

讲解ThreadPoolExcutor中5个常用参数+2个不常用参数,包含的三种线程池:创建时的参数、运行的流程、各自适合的场景。

讲解ScheduledThreadPoolExecutor的阻塞队列的原理、如何更改任务的time。

提供了五种定义好的线程池,都可以通过Executors工具类去调用,比如Executors.newFixedThreadPool(12)

2. 具体的场景

如果corePoolSize为x,maximumPoolSize为y,阻塞队列为z,第w个任务进来如何分配?

3. 线程池如何进行调优?

线程池的调优(针对任务的不同特性 + 建议使用有界队列)

4. 线程池中的核心参数

超过核心size怎么处理,队列满怎么处理,拒绝策略有哪些?(比较具体)

END

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原文始发于微信公众号(Java知音):Java线程池必备知识点:工作流程、常见参数、调优、监控