Java并发编程(08):Executor线程池框架

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一、Executor框架简介

1、基础简介

Executor系统中,将线程任务提交和任务执行进行了解耦的设计,Executor有各种功能强大的实现类,提供便捷方式来提交任务并且获取任务执行结果,封装了任务执行的过程,不再需要Thread().start()方式,显式创建线程并关联执行任务。

2、调度模型

线程被一对一映射为服务所在操作系统线程,启动时会创建一个操作系统线程;当该线程终止时,这个操作系统线程也会被回收。

image

3、核心API结构

Executor框架包含的核心接口和主要的实现类如下图所示:

image

线程池任务:核心接口:Runnable、Callable接口和接口实现类;

任务的结果:接口Future和实现类FutureTask;

任务的执行:核心接口Executor和ExecutorService接口。在Executor框架中有两个核心类实现了ExecutorService接口,ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor。

二、用法案例

1、API基础

ThreadPoolExecutor基础构造

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {}
参数名说明
corePoolSize线程池的核心大小,队列没满时,线程最大并发数
maximumPoolSize最大线程池大小,队列满后线程能够容忍的最大并发数
keepAliveTime空闲线程等待回收的时间限制
unitkeepAliveTime时间单位
workQueue阻塞的队列类型
threadFactory创建线程的工厂,一般用默认即可
handler超出工作队列和线程池时,任务会默认抛出异常

2、初始化方法

ExecutorService :Executors.newFixedThreadPool();
ExecutorService :Executors.newSingleThreadExecutor();
ExecutorService :Executors.newCachedThreadPool();

ThreadPoolExecutor :new ThreadPoolExecutor() ;

通常情况下,线程池不允许使用Executors去创建,而是通过ThreadPoolExecutor的方式,这样的处理方式更加明确线程池的运行规则,规避资源耗尽的风险。

3、基础案例

package com.multy.thread.block08executor;
import java.util.concurrent.*;

public class Executor01 {
    // 定义线程池
    private static ThreadPoolExecutor poolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                    3,10,5000,TimeUnit.SECONDS,
                    new SynchronousQueue<>(),Executors.defaultThreadFactory(),new ExeHandler());
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0 ; i < 100 ; i++){
            poolExecutor.execute(new PoolTask(i));
            //带返回值:poolExecutor.submit(new PoolTask(i));
        }
    }
}
// 定义线程池任务
class PoolTask implements Runnable {

    private int numParam;

    public PoolTask (int numParam) {
        this.numParam = numParam;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println("PoolTask "+ numParam+" begin...");
            Thread.sleep(5000);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public int getNumParam() {
        return numParam;
    }
    public void setNumParam(int numParam) {
        this.numParam = numParam;
    }
}
// 定义异常处理
class ExeHandler implements RejectedExecutionHandler {
    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable runnable, ThreadPoolExecutor executor) {
        System.out.println("ExeHandler "+executor.getCorePoolSize());
        executor.shutdown();
    }
}

流程分析

  • 线程池中线程数小于corePoolSize时,新任务将创建一个新线程执行任务,不论此时线程池中存在空闲线程;
  • 线程池中线程数达到corePoolSize时,新任务将被放入workQueue中,等待线程池中任务调度执行;
  • 当workQueue已满,且maximumPoolSize>corePoolSize时,新任务会创建新线程执行任务;
  • 当workQueue已满,且提交任务数超过maximumPoolSize,任务由RejectedExecutionHandler处理;
  • 当线程池中线程数超过corePoolSize,且超过这部分的空闲时间达到keepAliveTime时,回收该线程;
  • 如果设置allowCoreThreadTimeOut(true)时,线程池中corePoolSize范围内的线程空闲时间达到keepAliveTime也将回收;

三、线程池应用

应用场景:批量账户和密码的校验任务,在实际的业务中算比较常见的,通过初始化线程池,把任务提交执行,最后拿到处理结果,这就是线程池使用的核心思想:节省资源提升效率。

public class Executor02 {

    public static void main(String[] args) {
        // 初始化校验任务
        List<CheckTask> checkTaskList = new ArrayList<>() ;
        initList(checkTaskList);
        // 定义线程池
        ExecutorService executorService ;
        if (checkTaskList.size() < 10){
            executorService = Executors.newFixedThreadPool(checkTaskList.size());
        }else{
            executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        }
        // 批量处理
        List<Future<Boolean>> results = new ArrayList<>() ;
        try {
            results = executorService.invokeAll(checkTaskList);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        // 查看结果
        for (Future<Boolean> result : results){
            try {
                System.out.println(result.get());
                // System.out.println(result.get(10000,TimeUnit.SECONDS));
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace() ;
            }
        }
        // 关闭线程池
        executorService.shutdownNow();
    }

    private static void initList (List<CheckTask> checkTaskList){
        checkTaskList.add(new CheckTask("root","123")) ;
        checkTaskList.add(new CheckTask("root1","1234")) ;
        checkTaskList.add(new CheckTask("root2","1235")) ;
    }
}
// 校验任务
class CheckTask implements Callable<Boolean> {
    private String userName ;
    private String passWord ;
    public CheckTask(String userName, String passWord) {
        this.userName = userName;
        this.passWord = passWord;
    }
    @Override
    public Boolean call() throws Exception {
        // 校验账户+密码
        if (userName.equals("root") && passWord.equals("123")){
            return Boolean.TRUE ;
        }
        return Boolean.FALSE ;
    }
}

线程池主要用来解决线程生命周期开销问题和资源不足问题,通过线程池对多个任务线程重复使用,线程创建也被分摊到多个任务上,多数任务提交就有空闲的线程可以使用,所以消除线程频繁创建带来的开销。

四、源代码地址

GitHub·地址
https://github.com/cicadasmile/java-base-parent
GitEE·地址
https://gitee.com/cicadasmile/java-base-parent

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序号文章标题
01Java并发:线程的创建方式,状态周期管理
02Java并发:线程核心机制,基础概念扩展
03Java并发:多线程并发访问,同步控制
04Java并发:线程间通信,等待/通知机制
05Java并发:悲观锁和乐观锁机制
06Java并发:Lock机制下API用法详解
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