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一文聊明白线程池原理

互联网后端架构  · 公众号  · 架构  · 2020-02-21 09:55

正文

想要进阶自己的开发水平,JDK源码中一些优秀的设计必须要经常学习,哪怕不学习,应对面试的时候,还是要能够应对几招,代表自己对这些东西还是有所了解。


而线程池的源码,这块更是面试中经常被问到的东西,先试着列几个问题,看看自己对线程池的掌握程度:

  1. 创建线程池的参数有哪些,分别代表什么意思?

  2. 为什么阿里要求不能直接使用Executors工具类创建线程池?

  3. 线程池线程的数量如何配置?

  4. 一般线程池提交任务,执行任务的过程?

  5. 线程池中ctl属性的作用是什么?

  6. 线程池的状态有哪些? 在什么时候下会出现?

  7. 一般线程池中有哪些未实现的空方法,可以用做线程池的扩展?

  8. 线程池中每一个具体的worker线程什么时候开始执行? 执行的过程是什么?

  9. 核心线程与非核心线程在线程池中是怎么区分的?

  10. 线程池中的那个方法可以提前创建核心线程?

  11. 什么情况下worker线程会退出?

  12. 核心线程会不会退出?

  13. 由于程序异常导致的退出和线程池内部机制导致的退出有什么区别?

  14. 线程池shutdown与shutdownNow有什么区别?





对上面问题都已经了如指掌的大佬,联系我,让我表达对你的膜拜... 以上问题相对来说并不是很难,只要有认真看线程池源码,都可以找到答案。 然后以后有人再问你线程池相关问题时,就可以拿出来说自己对线程池的理解,来聊聊把...



常见问题

使用线程池有哪些好处?

首先在开发的过程中,为什么需要线程池呢? 给我们带来了那些好处

  • 提高系统的响应速度

  • 如果每次多线程操作都创建一个线程,会浪费时间和消耗系统资源,而线程池可以减少这些操作

  • 可以对多个线程进行统一管理,统一调度,提高线程池的可管理性


创建线程池的参数有哪些?

线程池是怎么创建的呢? 一个是使用Executors,另外就是手动创建线程池,要了解其每个参数的含义。 Executors创建线程池的话,要不就是对线程的数量没有控制,如CachedThreadPool,要不就是是无界队列,如FixedThreadPool。 **对线程池数量和队列大小没有限制的话,容易导致OOM异常。 **所以我们要自己手动创建线程池:

  • corePoolSize: 核心线程数量,默认情况下每提交一个任务就会创建一个核心线程,直到核心线程的数量等于corePoolSize就不再创建。 线程池提供了两个方法可以提前创建核心线程, prestartAllCoreThreads() 提前创建所有的核心线程, prestartCoreThread ,提前创建一个核心线程

  • maximumPoolSize: 线程池允许创建的最大线程数。 只有当线程池队列满的时候才会创建

  • keepAliveTime: 线程池空闲状态可以等待的时间,默认对非核心线程生效,但是设置 allowCoreThreadTimeOut 的话对核心线程也生效

  • unit: 保活时间的单位,创建线程池的时候, keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime)

  • workQueue: 任务队列,用于保持或等待执行的任务阻塞队列。 BlockingQueue的实现类即可,有无界队列和有界队列

    • ArrayBlockingQueue: 基于数组结构的有界队列,此队列按FIFO原则对元素进行排序

    • LinkedBlockingQueue: 基于链表的阻塞队列,FIFO原则,吞吐量通常高于ArrayBlockingQueue.

    • SynchronousQueue: 不存储元素的阻塞队列。 每个插入必须要等到另一个线程调用移除操作。

    • PriorityBlockingQueue: 具有优先级的无阻塞队列

  • threadFactory: 用于设置创建线程的工厂。

  • handler: 拒绝策略,当队列线程池都满了,必须采用一种策略来处理还要提交的任务。 在实际应用中,我们可以将信息记录到日志,来分析系统的负载和任务丢失情况 JDK中提供了4中策略:

    • AbortPolicy: 直接抛出异常

    • CallerRunsPolicy: 只用调用者所在的线程来运行任务

    • DiscardOldestPolicy: 丢弃队列中最老的一个人任务,并执行当前任务。

    • DiscardPolicy: 直接丢弃新进来的任务


线程池提交任务的过程?

可以使用两个方法执行任务:

  • execute() 提交不需要返回值的任务,无法判断是否执行成功,具体步骤上面我们有分析

  • submit() 提交有返回值的任务,该方法返回一个future的对象,通过future对象可以判断任务是否执行成功。 future的get方法会阻塞当前线程直到任务完成。

    • submit内部使用RunnableFuture对任务进行封装

整体分为三个步骤:

  1. 判断当前线程数是否小于corePoolSize,如果小于,则新建核心线程,不管核心线程是否处于空闲状态

  2. 核心线程创建满之后,后续的任务添加到workQueue中

  3. 如果workQueue满了,则开始创建非核心线程直到线程的总数为maximumPoolSize

  4. 当非核心线程数也满了,队列也满了的时候,执行拒绝策略

中间会有一些对当前线程池的检查操作。

线程池数量如何配置?

  • 任务性质: CPU密集,IO密集,和混合密集

  • 任务执行时间: 长,中,低

  • 任务优先级: 高,中,低

  • 任务的依赖性: 是否依赖其它资源,如数据库连接

在代码中可以通过: Runtime.getRuntime().availableProcessors(); 获取CPU数量。 线程数计算公式:

N = CPU数量U = 目标CPU使用率,  0 <= U <= 1W/C = 等待(wait)时间与计算(compute)时间的比率
线程池数量 = N * U * (1 + W/C)

不过最简单的线程数指定方式,不需要公式的话:

  • CPU密集型,创建线程数为 CPU核数 + 1

  • IO密集型,线程数最好为 CPU核数 * n ,耗时越久,分配线程数多一些

线程池的状态有哪些?

线程池的状态主要通过ctl属性来控制,通过ctl可以计算出:

  • 当前线程池状态

  • 当前线程的数量

计算规则主要是利用了按位操作:

11100000000000000000000000000000   RUNNING00000000000000000000000000000000   SHUTDOWN00100000000000000000000000000000   STOP01000000000000000000000000000000   TYDYING01100000000000000000000000000000   TERMINATED

11100000000000000000000000000000 ctl初始值11100000000000000000000000000000 ~CAPACITYprivate static int runStateOf(int c){ return c & ~CAPACITY; }
11100000000000000000000000000000 ctl初始值00011111111111111111111111111111 CAPACITYprivate static int workerCountOf(int c){ return c & CAPACITY; } private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

  • RUNNING: 运行状态,接受新任务,持续处理任务队列里的任务。

  • SHUTDOWN: 调用shutdown()方法会进入此状态,不再接受新任务,但要处理任务队列里的任务

  • STOP: 调用shutdownNow()方法,不再接受新任务,不再处理任务队列里的任务,中断正在进行中的任务

  • TIDYING: 表示线程池正在停止运作,中止所有任务,销毁所有工作线程。

  • TERMINATED: 表示线程池已停止运作,所有工作线程已被销毁,所有任务已被清空或执行完毕

    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));    private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;
// runState is stored in the high-order bits private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS; private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS; private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS; private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS; private static final int






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