全网最详细的线程池 ThreadPoolExecutor 解读!

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一、ThreadPoolExecutor类讲解

1、线程池状态:

五种状态:

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  • 线程池的shutdown() 方法,将线程池由 RUNNING(运行状态)转换为 SHUTDOWN状态
  • 线程池的shutdownNow()方法,将线程池由RUNNING 或 SHUTDOWN 状态转换为 STOP 状态。

注:SHUTDOWN 状态 和 STOP 状态 先会转变为 TIDYING 状态,最终都会变为 TERMINATED

2、ThreadPoolExecutor构造函数:

ThreadPoolExecutor继承自AbstractExecutorService,而AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口。

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接下来我们分别讲解这些参数的含义。

2.1)线程池工作原理:

  • corePoolSize :线程池中核心线程数的最大值
  • maximumPoolSize :线程池中能拥有最多线程数
  • workQueue:用于缓存任务的阻塞队列

当调用线程池execute() 方法添加一个任务时,线程池会做如下判断:

  • 如果有空闲线程,则直接执行该任务;
  • 如果没有空闲线程,且当前运行的线程数少于corePoolSize,则创建新的线程执行该任务;
  • 如果没有空闲线程,且当前的线程数等于corePoolSize,同时阻塞队列未满,则将任务入队列,而不添加新的线程;
  • 如果没有空闲线程,且阻塞队列已满,同时池中的线程数小于maximumPoolSize ,则创建新的线程执行任务;
  • 如果没有空闲线程,且阻塞队列已满,同时池中的线程数等于maximumPoolSize ,则根据构造函数中的 handler 指定的策略来拒绝新的任务。
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2.2)KeepAliveTime:

  • keepAliveTime :表示空闲线程的存活时间
  • TimeUnit unit :表示keepAliveTime的单位

当一个线程无事可做,超过一定的时间(keepAliveTime)时,线程池会判断,如果当前运行的线程数大于 corePoolSize,那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后,它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。

注:如果线程池设置了allowCoreThreadTimeout参数为true(默认false),那么当空闲线程超过keepaliveTime后直接停掉。(不会判断线程数是否大于corePoolSize)即:最终线程数会变为0。

2.3)workQueue 任务队列:

  • workQueue :它决定了缓存任务的排队策略
  • ThreadPoolExecutor线程池推荐了三种等待队列,它们是:SynchronousQueueLinkedBlockingQueueArrayBlockingQueue
1)有界队列:
  • SynchronousQueue :一个不存储元素的阻塞队列,每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作,否则插入操作一直处于 阻塞状态,吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue,静态工厂方法 Executors.newCachedThreadPool 使用了这个队列。

  • ArrayBlockingQueue:一个由数组支持的有界阻塞队列。此队列按 FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。一旦创建了这样的缓存区,就不能再增加其容量。试图向已满队列中放入元素会导致操作受阻塞;试图从空队列中提取元素将导致类似阻塞。

2)无界队列:
  • LinkedBlockingQueue:基于链表结构的无界阻塞队列,它可以指定容量也可以不指定容量(实际上任何无限容量的队列/栈都是有容量的,这个容量就是Integer.MAX_VALUE
  • PriorityBlockingQueue:是一个按照优先级进行内部元素排序的无界阻塞队列。队列中的元素必须实现 Comparable 接口,这样才能通过实现compareTo()方法进行排序。优先级最高的元素将始终排在队列的头部;PriorityBlockingQueue 不会保证优先级一样的元素的排序。

注意:keepAliveTimemaximumPoolSizeBlockingQueue的类型均有关系。如果BlockingQueue是无界的,那么永远不会触发maximumPoolSize,自然keepAliveTime也就没有了意义。

2.4)threadFactory:

threadFactory :指定创建线程的工厂。(可以不指定)

如果不指定线程工厂时,ThreadPoolExecutor 会使用ThreadPoolExecutor.defaultThreadFactory 创建线程。默认工厂创建的线程:同属于相同的线程组,具有同为 Thread.NORM_PRIORITY 的优先级,以及名为 “pool-XXX-thread-” 的线程名(XXX为创建线程时顺序序号),且创建的线程都是非守护进程。

2.5)handler 拒绝策略:

handler :表示当 workQueue 已满,且池中的线程数达到 maximumPoolSize 时,线程池拒绝添加新任务时采取的策略。(可以不指定)

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最科学的的还是 AbortPolicy 提供的处理方式:抛出异常,由开发人员进行处理。

3、常用方法:

除了在创建线程池时指定上述参数的值外,还可在线程池创建以后通过如下方法进行设置。

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此外,还有一些方法:

  • getCorePoolSize():返回线程池的核心线程数,这个值是一直不变的,返回在构造函数中设置的coreSize大小;
  • getMaximumPoolSize():返回线程池的最大线程数,这个值是一直不变的,返回在构造函数中设置的coreSize大小;
  • getLargestPoolSize():记录了曾经出现的最大线程个数(水位线);
  • getPoolSize():线程池中当前线程的数量;
  • getActiveCount():Returns the approximate(近似) number of threads that are actively executing tasks;
  • prestartAllCoreThreads():会启动所有核心线程,无论是否有待执行的任务,线程池都会创建新的线程,直到池中线程数量达到 corePoolSize;
  • prestartCoreThread():会启动一个核心线程(同上);
  • allowCoreThreadTimeOut(true):允许核心线程在KeepAliveTime时间后,退出;

4、Executors类:

Executors类的底层实现便是ThreadPoolExecutor!Executors 工厂方法有:

  • Executors.newCachedThreadPool():无界线程池,可以进行自动线程回收
  • Executors.newFixedThreadPool(int):固定大小线程池
  • Executors.newSingleThreadExecutor():单个后台线程

它们均为大多数使用场景预定义了设置。不过在阿里java文档中说明,尽量不要用该类创建线程池。

二、线程池相关接口介绍:

1、ExecutorService接口:

该接口是真正的线程池接口。上面的ThreadPoolExecutor以及下面的ScheduledThreadPoolExecutor都是该接口的实现类。改接口常用方法:

  • Future<?> submit(Runnable task):提交Runnable任务到线程池,返回Future对象,由于Runnable没有返回值,也就是说调用Future对象get()方法返回null;

  • <T> Future<T> submit(Callable<T> task):提交Callable任务到线程池,返回Future对象,调用Future对象get()方法可以获取Callable的返回值;

  • <T> Future<T> submit(Runnable task,T result):提交Runnable任务到线程池,返回Future对象,调用Future对象get()方法可以获取Runnable的参数值;

  • invokeAll(collection of tasks)/invokeAll(collection of tasks, long timeout, TimeUnit unit):invokeAll会按照任务集合中的顺序将所有的Future添加到返回的集合中,该方法是一个阻塞的方法。只有当所有的任务都执行完毕时,或者调用线程被中断,又或者超出指定时限时,invokeAll方法才会返回。当invokeAll返回之后每个任务要么返回,要么取消,此时客户端可以调用get/isCancelled来判断具体是什么情况。

  • invokeAny(collection of tasks)/invokeAny(collection of tasks, long timeout, TimeUnit unit):阻塞的方法,不会返回 Future 对象,而是返回集合中某一个Callable 对象的结果,而且无法保证调用之后返回的结果是哪一个 Callable,如果一个任务运行完毕或者抛出异常,方法会取消其它的 Callable 的执行。和invokeAll区别是只要有一个任务执行完了,就把结果返回,并取消其他未执行完的任务;同样,也带有超时功能;

  • shutdown():在完成已提交的任务后关闭服务,不再接受新任;

  • shutdownNow():停止所有正在执行的任务并关闭服务;

  • isTerminated():测试是否所有任务都执行完毕了;

  • isShutdown():测试是否该ExecutorService已被关闭。

1.1)submit方法示例:

我们知道,线程池接口中有以下三个主要方法,接下来我们看一下具体示例:

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1)Callable:
public static ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(550300, TimeUnit.SECONDS, 
   new ArrayBlockingQueue<Runnable>(50),  
   new ThreadFactory(){ public Thread newThread(Runnable r) {
                return new Thread(r, "schema_task_pool_" + r.hashCode());
            }}, new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());
 
public static void callableTest() {
 int a = 1;
 //callable
 Future<Boolean> future = threadPool.submit(new Callable<Boolean>(){
  @Override
  public Boolean call() throws Exception {
   int b = a + 100;
   System.out.println(b);
   return true;
  }
 });
 try {
  System.out.println("feature.get");
  Boolean boolean1 = future.get();
  System.out.println(boolean1);
 } catch (InterruptedException e) {
  System.out.println("InterruptedException...");
  e.printStackTrace();
 } catch (ExecutionException e) {
  System.out.println("execute exception...");
  e.printStackTrace();
 } 
}
2)Runnable:
public static void runnableTest() {
 int a = 1;
 //runnable
 Future<?> future1 = threadPool.submit(new Runnable(){
  @Override
  public void run() {
   int b = a + 100;
   System.out.println(b);
  }
 });
 try {
  System.out.println("feature.get");
  Object x = future1.get(900,TimeUnit.MILLISECONDS);
  System.out.println(x);//null
 } catch (InterruptedException e) {
  e.printStackTrace();
 } catch (ExecutionException e) {
  System.out.println("execute exception...");
  e.printStackTrace();
 } catch (TimeoutException e) {
  e.printStackTrace();
 }
}
3)Runnable+result:
class RunnableTask implements Runnable {
 Person p;
 RunnableTask(Person p) {
  this.p = p;
 }
 
 @Override
 public void run() {
  p.setId(1);
  p.setName("Runnable Task...");
 }
}
class Person {
 private Integer id;
 private String name;
 
 public Person(Integer id, String name) {
  super();
  this.id = id;
  this.name = name;
 }
 public Integer getId() {
  return id;
 }
 public void setId(Integer id) {
  this.id = id;
 }
 public String getName() {
  return name;
 }
 public void setName(String name) {
  this.name = name;
 }
 @Override
 public String toString() {
  return "Person [id=" + id + ", name=" + name + "]";
 }
}
 
public static void runnableTest2() {
 //runnable + result
 Person p = new Person(0,"person");
 Future<Person> future2 = threadPool.submit(new RunnableTask(p),p);
 try {
  System.out.println("feature.get");
  Person person = future2.get();
  System.out.println(person);
 } catch (InterruptedException e) {
  e.printStackTrace();
 } catch (ExecutionException e) {
  e.printStackTrace();
 }
}

1.2)线程池执行时,Callable的call方法(Runnable的run方法)抛出异常后,会出现什么?

在上面的例子中我们可以看到,线程池无论是执行Callable还是Runnable,调用返回的Future对象get()方法时需要处理两种异常(如果是调用get(timeout)方法,需要处理三种异常),如下:

//在线程池上运行
Future<Object> future = threadPool.submit(callable);
try {
 System.out.println("feature.get");
 Object x = future.get(900,TimeUnit.MILLISECONDS);
 System.out.println(x);
catch (InterruptedException e) {
 e.printStackTrace();
catch (ExecutionException e) {
 System.out.println("execute exception...");
 e.printStackTrace();
catch (TimeoutException e) {
 e.printStackTrace();
}
  • 如果get方法被打断,进入InterruptedException异常;
  • 如果线程执行过程(call、run方法)中抛出异常,进入ExecutionException异常;
  • 如果get方法超时,进入TimeoutException异常;

1.3)submit()和execute()方法区别:

ExecutorServiceScheduledExecutorService接口的submit()execute()方法都是把任务提交到线程池中,但二者的区别是

  • 接收的参数不一样,execute只能接收Runnable类型、submit可以接收RunnableCallable两种类型;
  • submit有返回值,而execute没有返回值;submit方便Exception处理;
1)submit方法内部实现:

其实submit方法也没有什么神秘的,就是将我们的任务封装成了RunnableFuture接口(继承了Runnable、Future接口),再调用execute方法,我们看源码:

    public Future<?> submit(Runnable task) {
        if (task == nullthrow new NullPointerException();
        RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);  //转成 RunnableFuture,传的result是null
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
 
    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {
        if (task == nullthrow new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task, result);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
 
    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
        if (task == nullthrow new NullPointerException();
        RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
2)newTaskFor方法内部实现:

newTaskFor方法是new了一个FutureTask返回,所以三个方法其实都是把task转成FutureTask,如果task是Callable,就直接赋值,如果是Runnable 就转为Callable再赋值。

submit参数是Callable 时:

    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Callable<T> callable) {
        return new FutureTask<T>(callable);
    }
    public FutureTask(Callable<V> callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;      
    }

submit参数是Runnable时:

   // 按顺序看,层层调用
    protected <T> RunnableFuture<T> newTaskFor(Runnable runnable, T value) {
        return new FutureTask<T>(runnable, value);
    }
    public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
        this.callable = Executors.callable(runnable, result);  //转 runnable 为 callable 
        this.state = NEW; 
    }
   // 以下为Executors中的方法
    public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        return new RunnableAdapter<T>(task, result);
    }
    static final class RunnableAdapter<Timplements Callable<T{  //适配器
        final Runnable task;
        final T result;
        RunnableAdapter(Runnable task, T result) {
            this.task = task;
            this.result = result;
        }
        public T call() {   
            task.run();
            return result;
        }
    }

看了源码就揭开了神秘面纱了,就是因为Future需要返回结果,所以内部task必须是Callable,如果task是Runnable 就偷天换日,在Runnable 外面包个Callable马甲,返回的结果在构造时就写好。

参考:https://blog.csdn.net/liuxiao723846/article/details/108024212

1.4)ScheduledExecutorService接口:

继承ExecutorService,并且提供了按时间安排执行任务的功能,它提供的方法主要有:

  • schedule(task, initDelay): 安排所提交的Callable或Runnable任务在initDelay指定的时间后执行;
  • scheduleAtFixedRate():安排所提交的Runnable任务按指定的间隔重复执行;
  • scheduleWithFixedDelay():安排所提交的Runnable任务在每次执行完后,等待delay所指定的时间后重复执行;

注:该接口的实现类是ScheduledThreadPoolExecutor

2、Callable接口:

jdk1.5以后创建线程可以通过一下方式:

  • 继承Thread类,实现void run()方法;
  • 实现Runnable接口,实现void run()方法;
  • 实现Callable接口,实现V call() Throws Exception方法
1)Callable和Runnale接口区别:
  • Callable可以抛出异常,和FutureFutureTask配合可以用来获取异步执行的结果;
  • Runnable没有返回结果,异常只能内部消化;
2)执行Callable的线程的方法可以通过以下两种方式:
  • 借助FutureTask,使用Threadstart方法来执行;
  • 加入到线程池中,使用线程池executesubmit执行;

注:Callable无法直接使用Thread来执行;

我们都知道,Callable带有返回值的,如果我们不需要返回值,却又想用Callable该如何做?

jdk中有个Void类型(大写V),但必须也要return null

threadpool.submit(new Callable<Void>() {
    @Override
    public Void call() {
        //...
        return null;
    }
});
3)通过Executors工具类可以把Runnable接口转换成Callable接口:

Executors中的callable方法可以将Runnable转成Callable,如下:

public static <T> Callable<T> callable(Runnable task, T result) {
        if (task == null)
            throw new NullPointerException();
        return new RunnableAdapter<T>(task, result);
}

RunnableAdapter类在上面已经看过源码,原理就是将返回值result作为成员变量,通过参数传递进去,进而实现了Runnable可以返回值。

示例:

public static void test5() {
     Person p = new Person(0,"person");
     RunnableTask runnableTask = new RunnableTask(p);//创建runnable
     Callable<Person> callable = Executors.callable(runnableTask,p);//转换
     Future<Person> future1 = threadPool.submit(callable);//在线程池上执行Callable
     try {
   Person person = future1.get();
   System.out.println(person);
  } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
   e.printStackTrace();
  }
     
     Runnable runnable = new Runnable() {//创建Runnable
   @Override
   public void run() {
    
   }
     };
     Callable<Object> callable2 = Executors.callable(runnable);//转换
     Future<Object> future2 = threadPool.submit(callable2);//在线程池上执行Callable
     try {
      Object o = future2.get();
   System.out.println(o);
  } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
   e.printStackTrace();
  }
}

3、Future接口:

3.1)Future是用来获取异步计算结果的接口,常用方法:

  • boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning):试图取消对此任务的执行。如果任务已完成、或已取消,或者由于某些其他原因而无法取消,则此尝试将失败。当调用 cancel 时,如果调用成功,而此任务尚未启动,则此任务将永不运行。如果任务已经启动,则 mayInterruptIfRunning 参数确定是否应该以试图停止任务的方式来中断执行此任务的线程。此方法返回后,对 isDone() 的后续调用将始终返回 true。如果此方法返回 true,则对 isCancelled() 的后续调用将始终返回 true。

  • boolean isCancelled():如果在任务正常完成前将其取消,则返回 true。

  • boolean isDone():如果任务已完成,则返回 true,可能由于正常终止、异常或取消而完成,在所有这些情况中,此方法都将返回 true。

  • V get()throws InterruptedException,ExecutionException:获取异步结果,此方法会一直阻塞等到计算完成;

  • V get(long timeout,TimeUnit unit) throws InterruptedException,ExecutionException,TimeoutException:获取异步结果,此方法会在指定时间内一直阻塞等到计算完成,超时后会抛出超时异常。

通过方法分析我们也知道实际上Future提供了3种功能:

  • 能够中断执行中的任务;
  • 判断任务是否执行完成;
  • 获取任务执行完成后额结果。

但是Future只是一个接口,我们无法直接创建对象,因此就需要其实现类FutureTask登场啦。

3.2)FutureTask类:

1)FutureTask类的实现:
public class FutureTask<Vimplements RunnableFuture<V{
//...
}
 
public interface RunnableFuture<Vextends RunnableFuture<V{
    /**
     * Sets this Future to the result of its computation
     * unless it has been cancelled.
     */

    void run();
}

FutureTask实现了RunnableFuture两个接口。由于FutureTask实现了Runnable,因此它既可以通过Thread包装来直接执行,也可以提交给ExecuteService来执行。并且还可以直接通过get()函数获取执行结果,该函数会阻塞,直到结果返回。

因此FutureTask既是FutureRunnable,又是包装了Callable( 如果是Runnable最终也会被转换为Callable ), 它是这两者的合体。

2)FutureTask的构造函数:
public FutureTask(Callable<V> callable) {
 
}
 
public FutureTask(Runnable runnable, V result) {
 
}

3.3)示例:(FutureTask两种构造函数、以及在Thread和线程池上运行)

1)FutureTask包装过的Callable在Thread、线程池上执行:
public static void test3() {
  int a = 1,b = 2;
  Callable<Integer> callable = new Callable<Integer>() {
   @Override
   public Integer call() throws Exception {
    return a + b;
   }
  };
  //通过futureTask来执行Callable
  FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(callable);
  
  //1.使用Thread执行线程
  new Thread(futureTask).start();
  try {
   Integer integer = futureTask.get();
   System.out.println(integer);
  } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
  } catch (ExecutionException e) {
   e.printStackTrace();
  }
  
  //2.使用线程池执行线程
  Executors.newFixedThreadPool(1).submit(futureTask);
  threadPool.shutdown();
  try {
   Integer integer = futureTask.get();
   System.out.println(integer);
  } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
   e.printStackTrace();
  } 
 }
2)FutureTask包装过的Runnable在Thread、线程池上执行:
public static void test4() {
  Person p = new Person(0,"person");
  RunnableTask runnableTask = new RunnableTask(p);
  
  //创建futureTask来执行Runnable
  FutureTask<Person> futureTask = new FutureTask<>(runnableTask,p);
  
  //1.使用Thread执行线程
  new Thread(futureTask).start();
  try {
   Person x = futureTask.get();
   System.out.println(x);
  } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
   e.printStackTrace();
  } 
  
  //2.使用线程池执行线程
  threadPool.submit(futureTask);
  threadPool.shutdown();
  try {
   Person y = futureTask.get();
   System.out.println(y);
  } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
   e.printStackTrace();
  }
 }

Person、RunnableTask类同上面的示例中。

来源:https://blog.csdn.net/liuxiao723846

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原文始发于微信公众号(Java笔记虾):全网最详细的线程池 ThreadPoolExecutor 解读!