java并发编程--线程池初步

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java并发编程--线程池初步

[coolxing按: 转载请注明作者和出处, 如有谬误, 欢迎在评论中指正.]



服务器应用程序经常需要处理执行时间很短而数目巨大的请求, 如果为每一个请求创建一个新的线程, 会导致一些问题的出现, 如:

1. 性能瓶颈. 线程的创建和销毁需要执行大量的后台操作, 如果单个请求的执行时间很短, 有可能花在创建和销毁线程上的时间大于真正执行请求的时间.

2. 可能会导致资源不足. 大量的并发请求意味着需要创建大量的线程, 过多的线程存在会吞噬大量的系统资源, 而且CPU需要在这些线程间不断切换, 这可能引发"切换过度"的问题.

为了适应上述场合, java在JDK1.5中引入了线程池的概念. 线程池中存放着一定数量的已创建好的线程, 当一个请求到来时, 只需从线程池中取出一个线程来执行请求, 请求完成后再将线程归还给线程池. 同时, 我们可以为线程池指定最大的线程数量, 当池中所有线程都处于活动状态下, 新的任务会排队等候, 直到之前的某个任务处理完成后, 新的任务才能得到处理.  



创建线程池. java.util.concurrent.Executors类提供了多个静态方法用于创建线程池.

|--public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads): 创建一个可重用的固定线程数的线程池. 如果池中所有的nThreads个线程都处于活动状态时提交任务(任务通常是Runnable或Callable对象), 任务将在队列中等待, 直到池中出现可用线程.

|--public static ExecutorService newCachedThreadPool(): 调用此方法创建的线程池可根据需要自动调整池中线程的数量. 执行任务时将重用存在先前创建的线程(如果池中存在可用线程的话). 如果池中没有可用线程, 将创建一个新的线程, 并将其添加到池中. 池中的线程超过60秒未被使用就会被销毁, 因此长时间保持空闲的CachedThreadPool不会消耗额外的资源.

|--public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(): 创建一个单线程的Executor. 这个Executor保证按照任务提交的顺序依次执行任务.

|--public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize): 创建一个可重用的固定线程数的线程池. ScheduledExecutorService是ExecutorService的子接口, 调用ScheduledExecutorService的相关方法, 可以延迟或定期执行任务.

以上静态方法均使用默认的ThreadFactory(即Executors.defaultThreadFactory()方法的返回值)创建线程, 如果想要指定ThreadFactory, 可调用他们的重载方法.通过指定ThreadFactory, 可以定制新建线程的名称, 线程组, 优先级, 守护线程状态等.

如果Executors提供的创建线程池的方法无法满足要求, 可以使用ThreadPoolExecutor类创建线程池.



提交任务. 所有的线程池都是ExecutorService及其子类的对象, 因此, 可以调用ExecutorService的相关方法提交任务.

|--void execute(Runnable command): 使用池中已存在的线程或新建一个线程执行command.



Java代码

1. 1.public class ExecutorsDemo {   
   
2. 2.      
   
3. 3.    public static void main(String[] args) throws Exception {   
   
4. 4.        System.out.println("----------------FixedThreadPool---------------------");   
   
5. 5.        ExecutorService fixedPool = getFixedThreadPool();   
   
6. 6.        executeThread(fixedPool);   
   
7. 7.           
   
8. 8.        // 为了避免混淆, 需要等待executeThread(fixedPool)执行完成   
   
9. 9.        Thread.sleep(3000);   
   
10. 10.           
    
11. 11.        System.out.println("----------------CashedThreadPool---------------------");   
    
12. 12.        ExecutorService cashedPool = getCashedThreadPool();   
    
13. 13.        executeThread(cashedPool);   
    
14. 14.           
    
15. 15.        // 为了避免混淆, 需要等待executeThread(cashedPool)执行完成   
    
16. 16.        Thread.sleep(3000);   
    
17. 17.           
    
18. 18.        System.out.println("----------------SingleThreadExecutor---------------------");   
    
19. 19.        ExecutorService singleExecutor = getSingleThreadExecutor();   
    
20. 20.        executeThread(singleExecutor);   
    
21. 21.           
    
22. 22.    }   
    
23. 23.      
    
24. 24.    // 只存在一个线程的线程池   
    
25. 25.    private static ExecutorService getSingleThreadExecutor() {   
    
26. 26.        return Executors.newSingleThreadExecutor();   
    
27. 27.    }   
    
28. 28.  
    
29. 29.    // 创建一个根据需要自动调整大小的线程池   
    
30. 30.    private static ExecutorService getCashedThreadPool() {   
    
31. 31.        return Executors.newCachedThreadPool();   
    
32. 32.    }   
    
33. 33.  
    
34. 34.    // 创建一个可重用的固定线程数的线程池   
    
35. 35.    private static ExecutorService getFixedThreadPool() {   
    
36. 36.        return Executors.newFixedThreadPool(2);   
    
37. 37.    }   
    
38. 38.      
    
39. 39.    private static void executeThread(ExecutorService pool) {   
    
40. 40.        Thread t1 = new MyThread();   
    
41. 41.        Thread t2 = new MyThread();   
    
42. 42.        Thread t3 = new MyThread();   
    
43. 43.        Thread t4 = new MyThread();   
    
44. 44.        // 将Tread放入线程池中执行   
    
45. 45.        // MyThread类继承自Thread, 而Thread类实现了Runnable接口   
    
46. 46.        pool.execute(t1);   
    
47. 47.        pool.execute(t2);   
    
48. 48.        pool.execute(t3);   
    
49. 49.        pool.execute(t4);   
    
50. 50.        // 关闭线程池   
    
51. 51.        pool.shutdown();   
    
52. 52.    }   
    
53. 53.      
    
54. 54.    private static final class MyThread extends Thread {   
    
55. 55.        @Override  
    
56. 56.        public void run() {   
    
57. 57.            super.run();   
    
58. 58.            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": is running!");   
    
59. 59.        }   
    
60. 60.    }   
    
61. 61.}  
    
62. public class ExecutorsDemo {
    
63.        
    
64.         public static void main(String[] args) throws Exception {
    
65.                 System.out.println("----------------FixedThreadPool---------------------");
    
66.                 ExecutorService fixedPool = getFixedThreadPool();
    
67.                 executeThread(fixedPool);
    
68.                
    
69.                 // 为了避免混淆, 需要等待executeThread(fixedPool)执行完成
    
70.                 Thread.sleep(3000);
    
71.                
    
72.                 System.out.println("----------------CashedThreadPool---------------------");
    
73.                 ExecutorService cashedPool = getCashedThreadPool();
    
74.                 executeThread(cashedPool);
    
75.                
    
76.                 // 为了避免混淆, 需要等待executeThread(cashedPool)执行完成
    
77.                 Thread.sleep(3000);
    
78.                
    
79.                 System.out.println("----------------SingleThreadExecutor---------------------");
    
80.                 ExecutorService singleExecutor = getSingleThreadExecutor();
    
81.                 executeThread(singleExecutor);
    
82.                
    
83.         }
    
84.        
    
85.         // 只存在一个线程的线程池
    
86.         private static ExecutorService getSingleThreadExecutor() {
    
87.                 return Executors.newSingleThreadExecutor();
    
88.         }
    
89. 
    
90.         // 创建一个根据需要自动调整大小的线程池
    
91.         private static ExecutorService getCashedThreadPool() {
    
92.                 return Executors.newCachedThreadPool();
    
93.         }
    
94. 
    
95.         // 创建一个可重用的固定线程数的线程池
    
96.         private static ExecutorService getFixedThreadPool() {
    
97.                 return Executors.newFixedThreadPool(2);
    
98.         }
    
99.        
    
100.         private static void executeThread(ExecutorService pool) {
     
101.                 Thread t1 = new MyThread();
     
102.                 Thread t2 = new MyThread();
     
103.                 Thread t3 = new MyThread();
     
104.                 Thread t4 = new MyThread();
     
105.                 // 将Tread放入线程池中执行
     
106.                 // MyThread类继承自Thread, 而Thread类实现了Runnable接口
     
107.                 pool.execute(t1);
     
108.                 pool.execute(t2);
     
109.                 pool.execute(t3);
     
110.                 pool.execute(t4);
     
111.                 // 关闭线程池
     
112.                 pool.shutdown();
     
113.         }
     
114.        
     
115.         private static final class MyThread extends Thread {
     
116.                 @Override
     
117.                 public void run() {
     
118.                         super.run();
     
119.                         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": is running!");
     
120.                 }
     
121.         }
     
122. }

复制代码

程序的输出为:

1. 
   
2. ----------------FixedThreadPool---------------------
   
3. 
   
4. pool-1-thread-1: is running!
   
5. 
   
6. pool-1-thread-2: is running!
   
7. 
   
8. pool-1-thread-2: is running!
   
9. 
   
10. pool-1-thread-1: is running!
    
11. 
    
12. ----------------CashedThreadPool---------------------
    
13. 
    
14. pool-2-thread-1: is running!
    
15. 
    
16. pool-2-thread-2: is running!
    
17. 
    
18. pool-2-thread-4: is running!
    
19. 
    
20. pool-2-thread-3: is running!
    
21. 
    
22. ----------------SingleThreadExecutor---------------------
    
23. 
    
24. pool-3-thread-1: is running!
    
25. 
    
26. pool-3-thread-1: is running!
    
27. 
    
28. pool-3-thread-1: is running!
    
29. 
    
30. pool-3-thread-1: is running!

复制代码

|--Future<T> submit(Callable<T> task): 使用池中已存在的线程或新建一个线程执行task, 与execute()方法不同的是, 该方法会返回线程的执行结果. submit方法接受一个Callable<T>对象, Callable<T>接口是一个泛型接口, 实现Callable<T>接口需要重写其中的call()方法, call()方法将返回一个T对象. submit方法的返回值是Future<T>对象, 调用该对象的get()可以获得call()方法的返回值.



Java代码

1. 1.public class FutureDemo {   
   
2. 2.    public static void main(String[] args) throws Exception {   
   
3. 3.        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);   
   
4. 4.           
   
5. 5.        Future<Integer> intFuture = pool.submit(new IntegerCallable());   
   
6. 6.                // get()方法将阻塞主线程, 直到IntegerCallable线程的call()运行结束并返回结果时为止.   
   
7. 7.        Integer returnInt = intFuture.get();   
   
8. 8.        System.out.println("返回值为" + returnInt);   
   
9. 9.           
   
10. 10.        Future<Boolean> boolFuture = pool.submit(new BooleanCallable());   
    
11. 11.        Boolean returnBool = boolFuture.get();   
    
12. 12.        System.out.println("返回值为" + returnBool);   
    
13. 13.           
    
14. 14.        pool.shutdown();   
    
15. 15.    }   
    
16. 16.      
    
17. 17.    private final static class IntegerCallable implements Callable<Integer> {   
    
18. 18.        // call()方法的返回值类型由泛型决定     
    
19. 19.        @Override  
    
20. 20.        public Integer call() throws Exception {   
    
21. 21.            return 2;   
    
22. 22.        }   
    
23. 23.    }   
    
24. 24.      
    
25. 25.    private final static class BooleanCallable implements Callable<Boolean> {   
    
26. 26.        @Override  
    
27. 27.        public Boolean call() throws Exception {   
    
28. 28.            return true;   
    
29. 29.        }   
    
30. 30.    }   
    
31. 31.}  
    
32. public class FutureDemo {
    
33.         public static void main(String[] args) throws Exception {
    
34.                 ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
    
35.                
    
36.                 Future<Integer> intFuture = pool.submit(new IntegerCallable());
    
37.                 // get()方法将阻塞主线程, 直到IntegerCallable线程的call()运行结束并返回结果时为止.
    
38.                 Integer returnInt = intFuture.get();
    
39.                 System.out.println("返回值为" + returnInt);
    
40.                
    
41.                 Future<Boolean> boolFuture = pool.submit(new BooleanCallable());
    
42.                 Boolean returnBool = boolFuture.get();
    
43.                 System.out.println("返回值为" + returnBool);
    
44.                
    
45.                 pool.shutdown();
    
46.         }
    
47.        
    
48.         private final static class IntegerCallable implements Callable<Integer> {
    
49.                 // call()方法的返回值类型由泛型决定  
    
50.                 @Override
    
51.                 public Integer call() throws Exception {
    
52.                         return 2;
    
53.                 }
    
54.         }
    
55.        
    
56.         private final static class BooleanCallable implements Callable<Boolean> {
    
57.                 @Override
    
58.                 public Boolean call() throws Exception {
    
59.                         return true;
    
60.                 }
    
61.         }
    
62. }  

复制代码

程序的输出结果为:

返回值为2

返回值为true

|--List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks): 批量执行多个任务.



Future类. 如果需要获取线程的执行结果, 那么就会使用到Future. Future对象是一个指向异步执行结果的引用, 由于线程的异步特性, Future对象在其创建之初可能并不可用, 比如线程的call()方法尚未完成时. 可以调用Future对象的isDone()方法判断线程结果是否已经可用, 在线程结果返回之前调用Future对象的get()方法, 将导致阻塞.



关闭线程池. 使用完线程池后需要关闭它, 否则程序可能一直处于运行状态. ExecutorService提供了2个方法用于关闭线程池:

|--void shutdown(): 关闭线程池, 不再接受新任务. 如果存在正在执行的任务, 则等待任务执行完成.

|--List<Runnable> shutdownNow(): 关闭线程池, 不再接受新任务. 尽力尝试停止正在执行的任务, 并返回正在等待的任务列表.

|--boolean isShutdown(): 判断线程池是否已经关闭.

心如止水_00

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