工作中，經(jīng)常會涉及到線程。比如有些任務(wù)，經(jīng)常會交與線程去異步執(zhí)行。抑或服務(wù)端程序為每個請求單獨建立一個線程處理任務(wù)。線程之外的，比如我們用的數(shù)據(jù)庫連接。這些創(chuàng)建銷毀或者打開關(guān)閉的操作，非常影響系統(tǒng)性能。所以，“池”的用處就凸顯出來了。

1. 為什么要使用線程池

在3.6.1節(jié)介紹的實現(xiàn)方式中，對每個客戶都分配一個新的工作線程。當(dāng)工作線程與客戶通信結(jié)束，這個線程就被銷毀。這種實現(xiàn)方式有以下不足之處：

•服務(wù)器創(chuàng)建和銷毀工作的開銷( 包括所花費的時間和系統(tǒng)資源 )很大。這一項不用解釋，可以去查下"線程創(chuàng)建過程"。除了機器本身所做的工作，我們還要實例化，啟動，這些都需要占用堆棧資源。

•除了創(chuàng)建和銷毀線程的開銷之外，活動的線程也消耗系統(tǒng)資源。 這個應(yīng)該是對堆棧資源的消耗，猜測數(shù)據(jù)庫連接數(shù)設(shè)置一個合理的值，也有這個考慮。

•如果線程數(shù)目固定，并且每個線程都有很長的聲明周期，那么線程切換也是相對固定的。不同的操作系統(tǒng)有不同的切換周期，一般20ms左右。這里說的切換是在jvm以及底層操作系統(tǒng)的調(diào)度下，線程之間轉(zhuǎn)讓cpu的使用權(quán)。如果頻繁創(chuàng)建和銷毀線程，那么就將頻繁的切換線程，因為一個線程銷毀后，必然要讓出使用權(quán)給已經(jīng)就緒的線程，使該線程獲得運行機會。在這種情況下，線程之間的切換就不在遵循系統(tǒng)的固定切換周期，切換線程的開銷甚至比創(chuàng)建和銷毀的開銷還要大。

相對來說，使用線程池，會預(yù)創(chuàng)建一些線程，它們不斷的從工作隊列中取出任務(wù)，然后執(zhí)行該任務(wù)。當(dāng)工作線程執(zhí)行完一個任務(wù)后，就會繼續(xù)執(zhí)行工作隊列中的另一個任務(wù)。優(yōu)點如下：

•減少了創(chuàng)建和銷毀的次數(shù)，每個工作線程都可以一直被重用，能執(zhí)行多個任務(wù)。

•可以根據(jù)系統(tǒng)的承載能力，方便的調(diào)整線程池中線程的數(shù)目，防止因為消耗過量的系統(tǒng)資源而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

2. 線程池的簡單實現(xiàn)

下面是自己寫的一個簡單的線程池，也是從Java網(wǎng)絡(luò)編程這本書上直接照著敲出來的

package thread;

import java.util.LinkedList;

/**
 * 線程池的實現(xiàn)，根據(jù)常規(guī)線程池的長度，最大長度，隊列長度，我們可以增加數(shù)目限制實現(xiàn)
 * @author Han
 */
public class MyThreadPool extends ThreadGroup{
  //cpu 數(shù)量 ---Runtime.getRuntime().availableProcessors();
  //是否關(guān)閉
  private boolean isClosed = false;
  //隊列
  private LinkedList<Runnable> workQueue;
  //線程池id
  private static int threadPoolID;
  private int threadID;
  public MyThreadPool(int poolSize){
    super("MyThreadPool."+threadPoolID);
    threadPoolID++;
    setDaemon(true);
    workQueue = new LinkedList<Runnable>();
    for(int i = 0;i<poolSize;i++){
      new WorkThread().start();
    }
  }
  //這里可以換成ConcurrentLinkedQueue,就可以避免使用synchronized的效率問題
  public synchronized void execute(Runnable task){
    if(isClosed){
      throw new IllegalStateException("連接池已經(jīng)關(guān)閉...");
    }else{
      workQueue.add(task);
      notify();
    }
  }
  
  protected synchronized Runnable getTask() throws InterruptedException {
    while(workQueue.size() == 0){
      if(isClosed){
        return null;
      }
      wait();
    }
    return workQueue.removeFirst();
  }
  
  public synchronized void close(){
    if(!isClosed){
      isClosed = true;
      workQueue.clear();
      interrupt();
    }
  }
  
  public void join(){
    synchronized (this) {
      isClosed = true;
      notifyAll();
    }
    Thread[] threads = new Thread[activeCount()];
    int count = enumerate(threads);
    for(int i = 0;i<count;i++){
      try {
        threads[i].join();
      } catch (Exception e) {
      }
    }
  }
  
  class WorkThread extends Thread{
    public WorkThread(){
      super(MyThreadPool.this,"workThread"+(threadID++));
      System.out.println("create...");
    }
    @Override
    public void run() {
      while(!isInterrupted()){
        System.out.println("run..");
        Runnable task = null;
        try {
          //這是一個阻塞方法
          task = getTask();
          
        } catch (Exception e) {
          
        }
        if(task != null){
          task.run();
        }else{
          break;
        }
      }
    }
  }
}

該線程池主要定義了一個工作隊列和一些預(yù)創(chuàng)建的線程。只要調(diào)用execute方法，就可以向線程提交任務(wù)。

后面線程在沒有任務(wù)的時候，會阻塞在getTask(),直到有新任務(wù)進來被喚醒。

join和close都可以用來關(guān)閉線程池。不同的是，join會把隊列中的任務(wù)執(zhí)行完，而close則立刻清空隊列，并且中斷所有的工作線程。close()中的interrupt()相當(dāng)于調(diào)用了ThreadGroup中包含子線程的各自的interrupt()，所以有線程處于wait或者sleep時，都會拋出InterruptException

測試類如下：

public class TestMyThreadPool {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    MyThreadPool pool = new MyThreadPool(3);
    for(int i = 0;i<10;i++){
      pool.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
          try {
            Thread.sleep(1000);
          } catch (InterruptedException e) {
          }
          System.out.println("working...");
        }
      });
    }
    pool.join();
    //pool.close();
  }
}

3. jdk類庫提供的線程池

java提供了很好的線程池實現(xiàn)，比我們自己的實現(xiàn)要更加健壯以及高效，同時功能也更加強大。

類圖如下：

關(guān)于這類線程池，前輩們已經(jīng)有很好的講解。任意百度下java線程池，都有寫的非常詳細的例子和教程，這里就不再贅述。

4. spring注入線程池

在使用spring框架的時候，如果我們用java提供的方法來創(chuàng)建線程池，在多線程應(yīng)用中非常不方便管理，而且不符合我們使用spring的思想。(雖然spring可以通過靜態(tài)方法注入)

其實,Spring本身也提供了很好的線程池的實現(xiàn)。這個類叫做ThreadPoolTaskExecutor。

在spring中的配置如下：

<bean id="executorService" class="org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor">
    <property name="corePoolSize" value="${threadpool.corePoolSize}" />
    <!-- 線程池維護線程的最少數(shù)量 -->
    <property name="keepAliveSeconds" value="${threadpool.keepAliveSeconds}" />
    <!-- 線程池維護線程所允許的空閑時間 -->
    <property name="maxPoolSize" value="${threadpool.maxPoolSize}" />
    <!-- 線程池維護線程的最大數(shù)量 -->
    <property name="queueCapacity" value="${threadpool.queueCapacity}" />
    <!-- 線程池所使用的緩沖隊列 -->
  </bean>

5. 使用線程池的注意事項

•死鎖

任何多線程程序都有死鎖的風(fēng)險，最簡單的情形是兩個線程AB，A持有鎖1，請求鎖2，B持有鎖2，請求鎖1。（這種情況在mysql的排他鎖也會出現(xiàn)，不會數(shù)據(jù)庫會直接報錯提示）。線程池中還有另一種死鎖：假設(shè)線程池中的所有工作線程都在執(zhí)行各自任務(wù)時被阻塞，它們在等待某個任務(wù)A的執(zhí)行結(jié)果。而任務(wù)A卻處于隊列中，由于沒有空閑線程，一直無法得以執(zhí)行。這樣線程池的所有資源將一直阻塞下去，死鎖也就產(chǎn)生了。

•系統(tǒng)資源不足

 如果線程池中的線程數(shù)目非常多，這些線程會消耗包括內(nèi)存和其他系統(tǒng)資源在內(nèi)的大量資源，從而嚴重影響系統(tǒng)性能。

•并發(fā)錯誤

線程池的工作隊列依靠wait()和notify()方法來使工作線程及時取得任務(wù)，但這兩個方法難以使用。如果代碼錯誤，可能會丟失通知，導(dǎo)致工作線程一直保持空閑的狀態(tài)，無視工作隊列中需要處理的任務(wù)。因為最好使用一些比較成熟的線程池。

•線程泄漏

使用線程池的一個嚴重風(fēng)險是線程泄漏。對于工作線程數(shù)目固定的線程池，如果工作線程在執(zhí)行任務(wù)時拋出RuntimeException或Error，并且這些異?；蝈e誤沒有被捕獲，那么這個工作線程就異常終止，使線程池永久丟失了一個線程。（這一點太有意思）

另一種情況是，工作線程在執(zhí)行一個任務(wù)時被阻塞，如果等待用戶的輸入數(shù)據(jù)，但是用戶一直不輸入數(shù)據(jù)，導(dǎo)致這個線程一直被阻塞。這樣的工作線程名存實亡，它實際上不執(zhí)行任何任務(wù)了。如果線程池中的所有線程都處于這樣的狀態(tài)，那么線程池就無法加入新的任務(wù)了。

•任務(wù)過載

當(dāng)工作線程隊列中有大量排隊等待執(zhí)行的任務(wù)時，這些任務(wù)本身可能會消耗太多的系統(tǒng)資源和引起資源缺乏。

綜上所述，使用線程池時，要遵循以下原則：

1. 如果任務(wù)A在執(zhí)行過程中需要同步等待任務(wù)B的執(zhí)行結(jié)果，那么任務(wù)A不適合加入到線程池的工作隊列中。如果把像任務(wù)A一樣的需要等待其他任務(wù)執(zhí)行結(jié)果的加入到隊列中，可能造成死鎖

2. 如果執(zhí)行某個任務(wù)時可能會阻塞，并且是長時間的阻塞，則應(yīng)該設(shè)定超時時間，避免工作線程永久的阻塞下去而導(dǎo)致線程泄漏。在服務(wù)器才程序中，當(dāng)線程等待客戶連接，或者等待客戶發(fā)送的數(shù)據(jù)時，都可能造成阻塞，可以通過以下方式設(shè)置時間：

調(diào)用ServerSocket的setSotimeout方法，設(shè)定等待客戶連接的超時時間。

對于每個與客戶連接的socket，調(diào)用該socket的setSoTImeout方法，設(shè)定等待客戶發(fā)送數(shù)據(jù)的超時時間。

3. 了解任務(wù)的特點，分析任務(wù)是執(zhí)行經(jīng)常會阻塞io操作，還是執(zhí)行一直不會阻塞的運算操作。前者時斷時續(xù)的占用cpu，而后者具有更高的利用率。預(yù)計完成任務(wù)大概需要多長時間，是短時間任務(wù)還是長時間任務(wù)，然后根據(jù)任務(wù)的特點，對任務(wù)進行分類，然后把不同類型的任務(wù)加入到不同的線程池的工作隊列中，這樣就可以根據(jù)任務(wù)的特點，分配調(diào)整每個線程池

4. 調(diào)整線程池的大小。線程池的最佳大小主要取決于系統(tǒng)的可用cpu的數(shù)目，以及工作隊列中任務(wù)的特點。假如一個具有N個cpu的系統(tǒng)上只有一個工作隊列，并且其中全部是運算性質(zhì)(不會阻塞)的任務(wù)，那么當(dāng)線程池擁有N或N+1個工作線程時，一般會獲得最大的cpu使用率。

如果工作隊列中包含會執(zhí)行IO操作并經(jīng)常阻塞的任務(wù)，則要讓線程池的大小超過可用 cpu的數(shù)量，因為并不是所有的工作線程都一直在工作。選擇一個典型的任務(wù)，然后估計在執(zhí)行這個任務(wù)的工程中，等待時間與實際占用cpu進行運算的時間的比例WT/ST。對于一個具有N個cpu的系統(tǒng)，需要設(shè)置大約N*(1+WT/ST)個線程來保證cpu得到充分利用。

當(dāng)然,cpu利用率不是調(diào)整線程池過程中唯一要考慮的事項，隨著線程池工作數(shù)目的增長，還會碰到內(nèi)存或者其他資源的限制，如套接字，打開的文件句柄或數(shù)據(jù)庫連接數(shù)目等。要保證多線程消耗的系統(tǒng)資源在系統(tǒng)承受的范圍之內(nèi)。

5. 避免任務(wù)過載。服務(wù)器應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的承載能力，限制客戶并發(fā)連接的數(shù)目。當(dāng)客戶的連接超過了限制值，服務(wù)器可以拒絕連接，并進行友好提示，或者限制隊列長度。

以上這篇Java線程池的幾種實現(xiàn)方法及常見問題解答就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

最新評論