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Java-线程

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ThreadLocal


ThreadPoolExecutor

java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService

类继承关系

ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService;AbstractExecutorService是一个抽象类,它实现了ExecutorService接口;而ExecutorService又是继承了Executor接口,Executor是一个顶层接口,在它里面只声明了一个方法execute(Runnable),返回值为void,参数为Runnable类型,从字面意思可以理解,就是用来执行传进去的任务的;
然后ExecutorService接口继承了Executor接口,并声明了一些方法:submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等;
抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口,基本实现了ExecutorService中声明的所有方法;

构造方法

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)
参数

  • corePoolSize:核心池的大小,这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后,默认情况下,线程池中并没有任何线程,而是等待有任务到来才创建线程去执行任务,除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法,从这2个方法的名字就可以看出,是预创建线程的意思,即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下,在创建了线程池后,线程池中的线程数为0,当有任务来之后,就会创建一个线程去执行任务,当线程池中的线程数目达到corePoolSize后,就会把到达的任务放到缓存队列当中;
  • maximumPoolSize:线程池最大线程数,这个参数也是一个非常重要的参数,它表示在线程池中最多能创建多少个线程;
  • keepAliveTime:表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下,只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时,keepAliveTime才会起作用,直到线程池中的线程数不大于corePoolSize,即当线程池中的线程数大于corePoolSize时,如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime,则会终止,直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法,在线程池中的线程数不大于corePoolSize时,keepAliveTime参数也会起作用,直到线程池中的线程数为0;
  • unit:参数keepAliveTime的时间单位,有7种取值,在TimeUnit类中有7种静态属性:TimeUnit.DAYS; TimeUnit.HOURS; TimeUnit.MINUTES; TimeUnit.SECONDS; TimeUnit.MILLISECONDS; TimeUnit.MICROSECONDS; TimeUnit.NANOSECONDS;
  • workQueue:一个阻塞队列,用来存储等待执行的任务,这个参数的选择也很重要,会对线程池的运行过程产生重大影响。
  • threadFactory:线程工厂,主要用来创建线程;
  • handler:表示当拒绝处理任务时的策略;

抛出

  • IllegalArgumentException - 如果 corePoolSize 或 keepAliveTime 小于 0,或者 maximumPoolSize 小于等于 0,或者 corePoolSize 大于 maximumPoolSize。
  • NullPointerException - 如果 workQueue、threadFactory 或 handler 为 null。

核心和最大池大小

ThreadPoolExecutor 将根据 corePoolSize(参见 getCorePoolSize())和 maximumPoolSize(参见 getMaximumPoolSize())设置的边界自动调整池大小。当新任务在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交时,如果运行的线程少于 corePoolSize,则创建新线程来处理请求,即使其他辅助线程是空闲的。如果运行的线程多于 corePoolSize 而少于 maximumPoolSize,则仅当队列满时才创建新线程。如果设置的 corePoolSize 和 maximumPoolSize 相同,则创建了固定大小的线程池。如果将 maximumPoolSize 设置为基本的无界值(如 Integer.MAX_VALUE),则允许池适应任意数量的并发任务。在大多数情况下,核心和最大池大小仅基于构造来设置,不过也可以使用 setCorePoolSize(int) 和 setMaximumPoolSize(int) 进行动态更改。

队列与池交互

所有 BlockingQueue 都可用于传输和保持提交的任务。可以使用此队列与池大小进行交互:

  • 如果运行的线程少于 corePoolSize,则 Executor 始终首选添加新的线程,而不进行排队。
  • 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize,则 Executor 始终首选将请求加入队列,而不添加新的线程。 若添加成功,则该任务会等待空闲线程将其取出去执行;若添加失败(一般来说是任务缓存队列已满),则会尝试创建新的线程去执行这个任务,除非创建此线程超出 maximumPoolSize,在这种情况下,任务将被拒绝。
  • 如果线程池中的线程数量大于 corePoolSize时,如果某线程空闲时间超过keepAliveTime,线程将被终止,直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize;如果允许为核心池中的线程设置存活时间,那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime,线程也会被终止。

排队策略

排队有三种通用策略:

  • 直接提交。工作队列的默认选项是 SynchronousQueue,它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此,如果不存在可用于立即运行任务的线程,则试图把任务加入队列将失败,因此会构造一个新的线程。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时,此策略允许无界线程具有增长的可能性。
  • 无界队列。使用无界队列(例如,不具有预定义容量的 LinkedBlockingQueue)将导致在所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样,创建的线程就不会超过 corePoolSize。(因此,maximumPoolSize 的值也就无效了。)当每个任务完全独立于其他任务,即任务执行互不影响时,适合于使用无界队列;例如,在 Web 页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求,当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时,此策略允许无界线程具有增长的可能性。
  • 有界队列。当使用有限的 maximumPoolSizes 时,有界队列(如 ArrayBlockingQueue)有助于防止资源耗尽,但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷:使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销,但是可能导致人工降低吞吐量。如果任务频繁阻塞(例如,如果它们是 I/O 边界),则系统可能为超过您许可的更多线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小,CPU 使用率较高,但是可能遇到不可接受的调度开销,这样也会降低吞吐量。

拒绝任务处理策略

当 Executor 已经关闭,并且 Executor 将有限边界用于最大线程和工作队列容量,且已经饱和时,在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交的新任务将被拒绝。在以上两种情况下,execute 方法都将调用其 RejectedExecutionHandler 的 RejectedExecutionHandler.rejectedExecution(java.lang.Runnable, java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor) 方法。下面提供了四种预定义的处理程序策略:

  • 在默认的 ThreadPoolExecutor.AbortPolicy 中,处理程序遭到拒绝将抛出运行时 RejectedExecutionException。
  • 在 ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy 中,不能执行的任务将被删除。但是不抛出异常。
  • 在 ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy 中,线程调用运行该任务的 execute 本身。此策略提供简单的反馈控制机制,能够减缓新任务的提交速度。
  • 在 ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy 中,如果执行程序尚未关闭,则位于工作队列头部的任务将被删除,然后重试执行程序(如果再次失败,则重复此过程)。 即丢弃队列最前面的任务,然后重新尝试执行任务(重复此过程)。

定义和使用其他种类的 RejectedExecutionHandler 类也是可能的,但这样做需要非常小心,尤其是当策略仅用于特定容量或排队策略时。

execute()

void execute(Runnable task)
在将来某个时间执行给定任务。可能在新线程中执行,也可能在现有池线程中执行该任务。如果无法将任务提交执行,或者因为此执行程序已关闭,或者因为已达到其容量,则该任务由当前 RejectedExecutionHandler 处理。
execute()方法实际上是Executor中声明的方法,在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现,这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法,通过这个方法可以向线程池提交一个任务,交由线程池去执行。

shutdown()

void shutdown()
如果调用了shutdown()方法,则线程池处于SHUTDOWN状态,此时线程池不能够接受新的任务,它会等待所有任务执行完毕;

shutdownNow()

List<Runnable> shutdownNow()
如果调用了shutdownNow()方法,则线程池处于STOP状态,此时线程池不能接受新的任务,如果有等待任务,移出队列;有正在执行的,尝试停止之;

awaitTermination()

boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
从接口ExecutorService继承的方法,用于阻塞当前线程,等待剩余任务执行完,然后继续往下执行。
简单来说,awaitTermination会一直等待,直到线程池状态为TERMINATED或者,等待的时间到达了指定的超时时间。
timeout,最长等待时间;unit,timeout参数的时间单位。当超过timeout时间后,会监测ExecutorService是否已经关闭,若关闭则返回true,否则返回false。
shutdown和awaitTermination组合使用
通常shutdown之后调用awaitTermination,作用是:shutdown告诉线程池,执行完所有任务后关闭线程池。后者会阻塞当前线程,等待剩余任务执行完,然后继续往下执行。如果不适用awaitTermination,那么shutdown之后,很可能导致剩余任务得不到执行(整个程序退出),或是执行出现异常(某些资源被释放之类)。

线程池状态

在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量,另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态:

volatile int runState;
static final int RUNNING    = 0;
static final int SHUTDOWN   = 1;
static final int STOP       = 2;
static final int TERMINATED = 3;

runState表示当前线程池的状态,它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性;
下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。
当创建线程池后,初始时,线程池处于RUNNING状态;
如果调用了shutdown()方法,则线程池处于SHUTDOWN状态,此时线程池不能够接受新的任务,它会等待所有任务执行完毕;
如果调用了shutdownNow()方法,则线程池处于STOP状态,此时线程池不能接受新的任务,并且会去尝试终止正在执行的任务;
当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态,并且所有工作线程已经销毁,任务缓存队列已经清空或执行结束后,线程池被设置为TERMINATED状态。

为什么要用线程池

我们使用线程的时候就去创建一个线程,这样实现起来非常简便,但是就会有一个问题:
如果并发的线程数量很多,并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了,这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率,因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。
那么有没有一种办法使得线程可以复用,就是执行完一个任务,并不被销毁,而是可以继续执行其他的任务?
在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。


Runnable

java.lang.Runnable
public interface Runnable

Runnable 接口应该由那些打算通过某一线程执行其实例的类来实现。类必须定义一个称为 run 的无参数方法。
设计该接口的目的是为希望在活动时执行代码的对象提供一个公共协议。例如,Thread 类实现了 Runnable。激活的意思是说某个线程已启动并且尚未停止。
此外,Runnable 为非 Thread 子类的类提供了一种激活方式。通过实例化某个 Thread 实例并将自身作为运行目标,就可以运行实现 Runnable 的类而无需创建 Thread 的子类。大多数情况下,如果只想重写 run() 方法,而不重写其他 Thread 方法,那么应使用 Runnable 接口。这很重要,因为除非程序员打算修改或增强类的基本行为,否则不应为该类创建子类。

run()

void run()
使用实现接口 Runnable 的对象创建一个线程时,启动该线程将导致在独立执行的线程中调用对象的 run 方法。


Thread

java.lang.Thread
public class Thread extends Object implements Runnable

Java 虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。
每个线程都有一个优先级,高优先级线程的执行优先于低优先级线程。每个线程都可以或不可以标记为一个守护程序。当某个线程中运行的代码创建一个新 Thread 对象时,该新线程的初始优先级被设定为创建线程的优先级,并且当且仅当创建线程是守护线程时,新线程才是守护程序。
每个线程都有一个标识名,多个线程可以同名。如果线程创建时没有指定标识名,就会为其生成一个新名称。

构造方法

public Thread(Runnable target)
分配新的 Thread 对象。这种构造方法与 Thread(null, target,gname) 具有相同的作用,其中的 gname 是一个新生成的名称。自动生成的名称的形式为 “Thread-”+n,其中的 n 为整数。

public Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)
分配新的 Thread 对象,以便将 target 作为其运行对象,将指定的 name 作为其名称,并作为 group 所引用的线程组的一员。
如果 group 为 null,并且有安全管理器,则该组由安全管理器的 getThreadGroup 方法确定。如果 group 为 null,并且没有安全管理器,或安全管理器的 getThreadGroup 方法返回 null,则该组与创建新线程的线程被设定为相同的 ThreadGroup。
如果有安全管理器,则其 checkAccess 方法通过 ThreadGroup 作为其参数被调用。
此外,当被重写 getContextClassLoader 或 setContextClassLoader 方法的子类构造方法直接或间接调用时,其 checkPermission 方法通过 RuntimePermission(“enableContextClassLoaderOverride”) 权限调用。其结果可能是 SecurityException。
如果 target 参数不是 null,则 target 的 run 方法在启动该线程时调用。如果 target 参数为 null,则该线程的 run 方法在该线程启动时调用。
新创建线程的优先级被设定为创建该线程的线程的优先级,即当前正在运行的线程的优先级。方法 setPriority 可用于将优先级更改为一个新值。
当且仅当创建新线程的线程当前被标记为守护线程时,新创建的线程才被标记为守护线程。方法 setDaemon 可用于改变线程是否为守护线程。

run()

public void run()
如果该线程是使用独立的 Runnable 运行对象构造的,则调用该 Runnable 对象的 run 方法;否则,该方法不执行任何操作并返回。Thread 的子类应该重写该方法。

start()

public void start()
使该线程开始执行;Java 虚拟机调用该线程的 run 方法。
结果是两个线程并发地运行;当前线程(从调用返回给 start 方法)和另一个线程(执行其 run 方法)
多次启动一个线程是非法的。特别是当线程已经结束执行后,不能再重新启动。

join()

public final void join() throws InterruptedException
等待该线程终止。
抛出:InterruptedException - 如果任何线程中断了当前线程。当抛出该异常时,当前线程的中断状态 被清除。

通过继承Thread类创建新线程

创建新执行线程有两种方法。一种方法是将类声明为 Thread 的子类。该子类应重写 Thread 类的 run 方法。接下来可以分配并启动该子类的实例。例如,计算大于某一规定值的质数的线程可以写成:

     class PrimeThread extends Thread {
         long minPrime;
         PrimeThread(long minPrime) {
             this.minPrime = minPrime;
         }

         public void run() {
             // compute primes larger than minPrime
              . . .
         }
     }

然后,下列代码会创建并启动一个线程:

     PrimeThread p = new PrimeThread(143);
     p.start();

通过实现Runnable接口创建新线程

创建线程的另一种方法是声明实现 Runnable 接口的类。该类然后实现 run 方法。然后可以分配该类的实例,在创建 Thread 时作为一个参数来传递并启动。采用这种风格的同一个例子如下所示:

     class PrimeRun implements Runnable {
         long minPrime;
         PrimeRun(long minPrime) {
             this.minPrime = minPrime;
         }

         public void run() {
             // compute primes larger than minPrime
              . . .
         }
     }

然后,下列代码会创建并启动一个线程:

     PrimeRun p = new PrimeRun(143);
     new Thread(p).start();

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创建日期 2016-09-22
修改日期 2017-08-19
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