Java线程池详解

原创
2019/01/11 11:25
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构造一个线程池为什么需要几个参数?如果避免线程池出现OOM?Runnable和Callable的区别是什么?本文将对这些问题一一解答,同时还将给出使用线程池的常见场景和代码片段。

基础知识

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Executors创建线程池

Java中创建线程池很简单,只需要调用Executors中相应的便捷方法即可,比如Executors.newFixedThreadPool(int nThreads),但是便捷不仅隐藏了复杂性,也为我们埋下了潜在的隐患(OOM,线程耗尽)。

Executors创建线程池便捷方法列表:

 

小程序使用这些快捷方法没什么问题,对于服务端需要长期运行的程序,创建线程池应该直接使用ThreadPoolExecutor的构造方法。没错,上述Executors方法创建的线程池就是ThreadPoolExecutor。

ThreadPoolExecutor构造方法

Executors中创建线程池的快捷方法,实际上是调用了ThreadPoolExecutor的构造方法(定时任务使用的是ScheduledThreadPoolExecutor),该类构造方法参数列表如下:

 
// Java线程池的完整构造函数 public ThreadPoolExecutor( int corePoolSize, // 线程池长期维持的线程数,即使线程处于Idle状态,也不会回收。 int maximumPoolSize, // 线程数的上限 long keepAliveTime, TimeUnit unit, // 超过corePoolSize的线程的idle时长, // 超过这个时间,多余的线程会被回收。 BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务的排队队列 ThreadFactory threadFactory, // 新线程的产生方式 RejectedExecutionHandler handler) // 拒绝策略 

竟然有7个参数,很无奈,构造一个线程池确实需要这么多参数。这些参数中,比较容易引起问题的有corePoolSize, maximumPoolSize, workQueue以及handler:

  • corePoolSize和maximumPoolSize设置不当会影响效率,甚至耗尽线程;
  • workQueue设置不当容易导致OOM;
  • handler设置不当会导致提交任务时抛出异常。

正确的参数设置方式会在下文给出。

线程池的工作顺序

If fewer than corePoolSize threads are running, the Executor always prefers adding a new thread rather than queuing.

If corePoolSize or more threads are running, the Executor always prefers queuing a request rather than adding a new thread.

If a request cannot be queued, a new thread is created unless this would exceed maximumPoolSize, in which case, the task will be rejected.

corePoolSize -> 任务队列 -> maximumPoolSize -> 拒绝策略

Runnable和Callable

可以向线程池提交的任务有两种:Runnable和Callable,二者的区别如下:

  1. 方法签名不同,void Runnable.run(), V Callable.call() throws Exception
  2. 是否允许有返回值,Callable允许有返回值
  3. 是否允许抛出异常,Callable允许抛出异常。

Callable是JDK1.5时加入的接口,作为Runnable的一种补充,允许有返回值,允许抛出异常。

三种提交任务的方式:

 

如何正确使用线程池

避免使用无界队列

不要使用Executors.newXXXThreadPool()快捷方法创建线程池,因为这种方式会使用无界的任务队列,为避免OOM,我们应该使用ThreadPoolExecutor的构造方法手动指定队列的最大长度:

 
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 2, 0, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(512), // 使用有界队列,避免OOM new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); 

明确拒绝任务时的行为

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任务队列总有占满的时候,这是再submit()提交新的任务会怎么样呢?RejectedExecutionHandler接口为我们提供了控制方式,接口定义如下:

 
public interface RejectedExecutionHandler { void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor); } 

线程池给我们提供了几种常见的拒绝策略:

 

 

线程池默认的拒绝行为是AbortPolicy,也就是抛出RejectedExecutionHandler异常,该异常是非受检异常,很容易忘记捕获。如果不关心任务被拒绝的事件,可以将拒绝策略设置成DiscardPolicy,这样多余的任务会悄悄的被忽略。

 
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 2, 0, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(512), new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());// 指定拒绝策略 

获取处理结果和异常

线程池的处理结果、以及处理过程中的异常都被包装到Future中,并在调用Future.get()方法时获取,执行过程中的异常会被包装成ExecutionException,submit()方法本身不会传递结果和任务执行过程中的异常。获取执行结果的代码可以这样写:

 
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4); Future<Object> future = executorService.submit(new Callable<Object>() { @Override public Object call() throws Exception { throw new RuntimeException("exception in call~");// 该异常会在调用Future.get()时传递给调用者 } }); try { Object result = future.get(); } catch (InterruptedException e) { // interrupt } catch (ExecutionException e) { // exception in Callable.call() e.printStackTrace(); } 

上述代码输出类似如下:

 

线程池的常用场景

正确构造线程池

 
int poolSize = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2; BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<>(512); RejectedExecutionHandler policy = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy(); executorService = new ThreadPoolExecutor(poolSize, poolSize, 0, TimeUnit.SECONDS, queue, policy); 

获取单个结果

过submit()向线程池提交任务后会返回一个Future,调用V Future.get()方法能够阻塞等待执行结果,V get(long timeout, TimeUnit unit)方法可以指定等待的超时时间。

获取多个结果

如果向线程池提交了多个任务,要获取这些任务的执行结果,可以依次调用Future.get()获得。但对于这种场景,我们更应该使用ExecutorCompletionService,该类的take()方法总是阻塞等待某一个任务完成,然后返回该任务的Future对象。向CompletionService批量提交任务后,只需调用相同次数的CompletionService.take()方法,就能获取所有任务的执行结果,获取顺序是任意的,取决于任务的完成顺序:

 
void solve(Executor executor, Collection<Callable<Result>> solvers) throws InterruptedException, ExecutionException { CompletionService<Result> ecs = new ExecutorCompletionService<Result>(executor);// 构造器 for (Callable<Result> s : solvers)// 提交所有任务 ecs.submit(s); int n = solvers.size(); for (int i = 0; i < n; ++i) {// 获取每一个完成的任务 Result r = ecs.take().get(); if (r != null) use(r); } } 

单个任务的超时时间

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V Future.get(long timeout, TimeUnit unit)方法可以指定等待的超时时间,超时未完成会抛出TimeoutException。

多个任务的超时时间

等待多个任务完成,并设置最大等待时间,可以通过CountDownLatch完成:

 
public void testLatch(ExecutorService executorService, List<Runnable> tasks) throws InterruptedException{ CountDownLatch latch = new CountDownLatch(tasks.size()); for(Runnable r : tasks){ executorService.submit(new Runnable() { @Override public void run() { try{ r.run(); }finally { latch.countDown();// countDown } } }); } latch.await(10, TimeUnit.SECONDS); // 指定超时时间 } 

线程池和装修公司

以运营一家装修公司做个比喻。公司在办公地点等待客户来提交装修请求;公司有固定数量的正式工以维持运转;旺季业务较多时,新来的客户请求会被排期,比如接单后告诉用户一个月后才能开始装修;当排期太多时,为避免用户等太久,公司会通过某些渠道(比如人才市场、熟人介绍等)雇佣一些临时工(注意,招聘临时工是在排期排满之后);如果临时工也忙不过来,公司将决定不再接收新的客户,直接拒单。

线程池就是程序中的“装修公司”,代劳各种脏活累活。上面的过程对应到线程池上:

 
// Java线程池的完整构造函数 public ThreadPoolExecutor( int corePoolSize, // 正式工数量 int maximumPoolSize, // 工人数量上限,包括正式工和临时工 long keepAliveTime, TimeUnit unit, // 临时工游手好闲的最长时间,超过这个时间将被解雇 BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 排期队列 ThreadFactory threadFactory, // 招人渠道 RejectedExecutionHandler handler) // 拒单方式 

总结

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Executors为我们提供了构造线程池的便捷方法,对于服务器程序我们应该杜绝使用这些便捷方法,而是直接使用线程池ThreadPoolExecutor的构造方法,避免无界队列可能导致的OOM以及线程个数限制不当导致的线程数耗尽等问题。ExecutorCompletionService提供了等待所有任务执行结束的有效方式,如果要设置等待的超时时间,则可以通过CountDownLatch完成。

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