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【多线程】深入剖析线程池的应用

news 2024/11/17 15:29:45

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还记得我们一开始引入线程的概念，就是因为进程太“重”了，频繁创建销毁进程的开销是非常大的。而随着计算机的发展，业务上对性能的要求越来越高，导致线程的创建/销毁频次也越来越高，频繁创建/销毁线程的开销也会非常大了，会开始明显影响性能了。为了缓解这一问题，就发展出了“线程池”这一结构。那么，线程池具体是如何实现的，又该如何应用呢？就让博主带大家好好梳理一下吧。

一、何为线程池

让我们先来看一下这个场景：

肯德基要实现外卖业务“宅急送”，可以有两种实现方式：

第一种方式：每次收到一个顾客的订单，就临时聘用一个配送员完成这单外卖的配送，配送完成之后就当场解雇这个配送员，并结算工资。

第二种方式：提前聘用几个配送员，每收到一个顾客的订单，就将其分配给一名空闲的配送员去完成配送，在配送完成后并不会直接解雇，而是会等待其它订单继续配送。当实在发现没有订单时，才把这几个配送员解雇了

由于聘用和解雇配送员的操作都比较繁琐，像第一种方法就会频繁执行这两个操作，效率很低。而方法二则提前雇用好了几个配送员，且中途配送需求都交给他们来处理，极大地减少了雇用和解雇操作的次数，明显提高了效率。

线程池亦是如此，它预先创建了一组可重用的线程，当有新的任务提交给线程池时，线程池就会从池中取出一个空闲的线程来执行这个任务；而当线程完成任务后，它并不会被销毁，而是再次返回到线程池中等待下一个任务。从而大幅提高线程利用率，提升效率。

优点：

资源重用：避免频繁创建和销毁线程带来的开销，因为创建和销毁线程是比较耗时的操作。
提高响应速度：当任务到达时，线程池可以快速分配已有线程进行处理，而不需要等待新线程的创建。
控制资源消耗：通过限制最大线程数量来控制资源的消耗，防止过多的线程同时运行而导致系统资源枯竭。
有效控制线程生命周期：线程池可以对线程进行统一管理，包括线程的创建、分配、回收等。
简化线程管理：线程池提供了一种机制，使得线程管理变得更加简单和高效。

二、标准库中的线程池

在Java中，线程池是由java.util.concurrent包下的几个类来实现的，主要包括：

Executor：这是最基础的接口，定义了执行任务的方法。
ExecutorService：扩展了Executor接口，提供了更多的管理方法，如启动、关闭线程池等。
ThreadPoolExecutor：实现了ExecutorService接口，提供了更详细的线程池配置和管理方法。
Executors：这是一个工具类，提供了创建不同类型的线程池的工厂方法。

我们接下来就先来介绍一下ThreadPoolExecutor类的构造方法吧：

参数含义：

int corePoolSize ：核心线程数
int maximumPoolSize ：最大线程数，即核心线程数与非核心线程数之和
long keepAliveTime ：非核心线程在线程空闲时最大存活时间，超过这个时间就会被销毁
TimeUnit unit ：最大存活时间的单位（秒，分钟，小时，天……）
BlockingQueue<Runnable> workQueue ：工作队列，使用者通过类似“submit”的等待，把要执行的任务设定到线程池内，让线程池内部的工作线程负责执行这些任务
ThreadFactory threadFactory ：线程工厂，就是Thread 类的工厂类，通过这个类，完成Thread类的实例创建和初始化操作。可以针对线程池中的线程进行批量的设置属性
RejectedExecutionHandler handler ：拒绝策略，如果线程池队列满了，依然继续往队列中添加任务，不要阻塞，而是通过各种拒绝策略来处理。

java标准库给出了四种拒绝策略：

但是由以上介绍我们可以看出，虽然ThreadPoolExecutor类的功能很强大，但使用很麻烦。为了使用更加便利，标准库又对这个类进行了封装，让Executors类提供了一些工厂方法，可以更方便地构造出线程池。一些工厂方法简介：

简单应用：

public class Main {public static void main(String[] args) {ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(4);for(int i=0;i<100;i++){int id=i;service.submit(()->{Thread current=Thread.currentThread();System.out.println("hello world "+id+","+current.getName());});}}
}

但是我们发现这个代码执行后，虽然100个任务都执行完毕了，但是整个进程却没有结束，这时为什么呢？因为线程池创建出来的线程默认是“前台线程”，即使 main 线程结束了，线程池里的前台线程也会仍然存在，导致进程并不会结束。

我们可以利用“shutdown（）方法”来强制终止线程池中的所有线程：

这回进程就能正常结束了

注意：

在使用线程池时，需要指定线程个数，这个值并没有统一的规范，最好通过“实验”的方法，给线程池设置不同数，再分别进行性能测试，然后分析响应时间/消耗资源等指标来挑选一个合适的值，这样才是最好的

三、线程池的实现

我们这里就试着实现一下简单的固定线程数目的线程吧。

class MyThreadPool{private BlockingQueue<Runnable> queue=new ArrayBlockingQueue<>(1000);private volatile Boolean isAlive=true;public MyThreadPool(int n){for(int i=0;i<n;i++){Thread t=new Thread(()->{while(isAlive){try {Runnable runnable=queue.take();runnable.run();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});t.start();}}//添加任务public void submit(Runnable runnable){try {queue.put(runnable);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}public void shutdown(){isAlive=false;}
}
public class Main {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {MyThreadPool myThreadPool=new MyThreadPool(4);for (int i = 0; i < 100; i++) {int id=i;myThreadPool.submit(()->{System.out.println("执行任务"+id+", "+Thread.currentThread().getName());});}Thread.sleep(1000);myThreadPool.shutdown();}
}