ThreadPoolExecutor机制 
一、概述  
1、ThreadPoolExecutor作为java.util.concurrent包对外提供基础实现,以内部线程池的形式对外提供管理任务执行,线程调度,线程池管理等等服务; 
2、Executors方法提供的线程服务,都是通过参数设置来实现不同的线程池机制。 
3、先来了解其线程池管理的机制,有助于正确使用,避免错误使用导致严重故障。同时可以根据自己的需求实现自己的线程池
 

二、核心构造方法讲解  
下面是ThreadPoolExecutor最核心的构造方法  
Java代码   收藏代码
  1. public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,  
  2.                               int maximumPoolSize,  
  3.                               long keepAliveTime,  
  4.                               TimeUnit unit,  
  5.                               BlockingQueue<Runnable> workQueue,  
  6.                               ThreadFactory threadFactory,  
  7.                               RejectedExecutionHandler handler) {  
  8.         if (corePoolSize < 0 ||  
  9.             maximumPoolSize <= 0 ||  
  10.             maximumPoolSize < corePoolSize ||  
  11.             keepAliveTime < 0)  
  12.             throw new IllegalArgumentException();  
  13.         if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)  
  14.             throw new NullPointerException();  
  15.         this.corePoolSize = corePoolSize;  
  16.         this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;  
  17.         this.workQueue = workQueue;  
  18.         this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);  
  19.         this.threadFactory = threadFactory;  
  20.         this.handler = handler;  
  21.     }  

构造方法参数讲解  
参数名作用
corePoolSize核心线程池大小
maximumPoolSize最大线程池大小
keepAliveTime线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间;可以allowCoreThreadTimeOut(true)使得核心线程有效时间
TimeUnitkeepAliveTime时间单位
workQueue阻塞任务队列
threadFactory新建线程工厂
RejectedExecutionHandler当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时,任务会交给RejectedExecutionHandler来处理

一、ThreadPoolExecutor的重要参数
 
  • corePoolSize:核心线程数
    • 核心线程会一直存活,及时没有任务需要执行
    • 当线程数小于核心线程数时,即使有线程空闲,线程池也会优先创建新线程处理
    • 设置allowCoreThreadTimeout=true(默认false)时,核心线程会超时关闭
  • queueCapacity:任务队列容量(阻塞队列)
    • 当核心线程数达到最大时,新任务会放在队列中排队等待执行
  • maxPoolSize:最大线程数
    • 当线程数>=corePoolSize,且任务队列已满时。线程池会创建新线程来处理任务
    • 当线程数=maxPoolSize,且任务队列已满时,线程池会拒绝处理任务而抛出异常
  • keepAliveTime:线程空闲时间
    • 当线程空闲时间达到keepAliveTime时,线程会退出,直到线程数量=corePoolSize
    • 如果allowCoreThreadTimeout=true,则会直到线程数量=0
  • allowCoreThreadTimeout:允许核心线程超时
  • rejectedExecutionHandler:任务拒绝处理器
    • 两种情况会拒绝处理任务:
      • 当线程数已经达到maxPoolSize,切队列已满,会拒绝新任务
      • 当线程池被调用shutdown()后,会等待线程池里的任务执行完毕,再shutdown。如果在调用shutdown()和线程池真正shutdown之间提交任务,会拒绝新任务
    • 线程池会调用rejectedExecutionHandler来处理这个任务。如果没有设置默认是AbortPolicy,会抛出异常
    • ThreadPoolExecutor类有几个内部实现类来处理这类情况:
      • AbortPolicy 丢弃任务,抛运行时异常
      • CallerRunsPolicy 执行任务
      • DiscardPolicy 忽视,什么都不会发生
      • DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列(最后一个执行)的任务
    • 实现RejectedExecutionHandler接口,可自定义处理器
 
二、ThreadPoolExecutor执行顺序:
     线程池按以下行为执行任务

 

  1. 当线程数小于核心线程数时,创建线程。
  2. 当线程数大于等于核心线程数,且任务队列未满时,将任务放入任务队列。
  3. 当线程数大于等于核心线程数,且任务队列已满
    1. 若线程数小于最大线程数,创建线程
    2. 若线程数等于最大线程数,抛出异常,拒绝任务
 
三、如何设置参数
 
  • 默认值
    • corePoolSize=1
    • queueCapacity=Integer.MAX_VALUE
    • maxPoolSize=Integer.MAX_VALUE
    • keepAliveTime=60s
    • allowCoreThreadTimeout=false
    • rejectedExecutionHandler=AbortPolicy()
  • 如何来设置
    • 需要根据几个值来决定
      • tasks :每秒的任务数,假设为500~1000
      • taskcost:每个任务花费时间,假设为0.1s
      • responsetime:系统允许容忍的最大响应时间,假设为1s
    • 做几个计算
      • corePoolSize = 每秒需要多少个线程处理? 
        • threadcount = tasks/(1/taskcost) =tasks*taskcout =  (500~1000)*0.1 = 50~100 个线程。corePoolSize设置应该大于50
        • 根据8020原则,如果80%的每秒任务数小于800,那么corePoolSize设置为80即可
      • queueCapacity = (coreSizePool/taskcost)*responsetime
        • 计算可得 queueCapacity = 80/0.1*1 = 80。意思是队列里的线程可以等待1s,超过了的需要新开线程来执行
        • 切记不能设置为Integer.MAX_VALUE,这样队列会很大,线程数只会保持在corePoolSize大小,当任务陡增时,不能新开线程来执行,响应时间会随之陡增。
      • maxPoolSize = (max(tasks)- queueCapacity)/(1/taskcost)
        • 计算可得 maxPoolSize = (1000-80)/10 = 92
        • (最大任务数-队列容量)/每个线程每秒处理能力 = 最大线程数
      • rejectedExecutionHandler:根据具体情况来决定,任务不重要可丢弃,任务重要则要利用一些缓冲机制来处理
      • keepAliveTime和allowCoreThreadTimeout采用默认通常能满足
  • 以上都是理想值,实际情况下要根据机器性能来决定。如果在未达到最大线程数的情况机器cpu load已经满了,则需要通过升级硬件(呵呵)和优化代码,降低taskcost来处理。
 
 
参考:

重点讲解:  
其中比较容易让人误解的是:corePoolSize,maximumPoolSize,workQueue之间关系。 

1.当线程池小于corePoolSize时,新提交任务将创建一个新线程执行任务,即使此时线程池中存在空闲线程。 
2.当线程池达到corePoolSize时,新提交任务将被放入workQueue中,等待线程池中任务调度执行 
3.当workQueue已满,且maximumPoolSize>corePoolSize时,新提交任务会创建新线程执行任务 
4.当提交任务数超过maximumPoolSize时,新提交任务由RejectedExecutionHandler处理 
5.当线程池中超过corePoolSize线程,空闲时间达到keepAliveTime时,关闭空闲线程 
6.当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时,线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭
 

线程管理机制图示:  


三、Executors提供的线程池配置方案  

1、构造一个固定线程数目的线程池,配置的corePoolSize与maximumPoolSize大小相同,同时使用了一个无界LinkedBlockingQueue存放阻塞任务,因此多余的任务将存在再阻塞队列,不会由RejectedExecutionHandler处理  
Java代码   收藏代码
  1. public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {  
  2.         return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,  
  3.                                       0L, TimeUnit.MILLISECONDS,  
  4.                                       new LinkedBlockingQueue<Runnable>());  
  5.     }  

2、构造一个缓冲功能的线程池,配置corePoolSize=0,maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE,keepAliveTime=60s,以及一个无容量的阻塞队列 SynchronousQueue,因此任务提交之后,将会创建新的线程执行;线程空闲超过60s将会销毁  
Java代码   收藏代码
  1. public static ExecutorService newCachedThreadPool() {  
  2.         return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,  
  3.                                       60L, TimeUnit.SECONDS,  
  4.                                       new SynchronousQueue<Runnable>());  
  5.     }  

3、构造一个只支持一个线程的线程池,配置corePoolSize=maximumPoolSize=1,无界阻塞队列LinkedBlockingQueue;保证任务由一个线程串行执行  
Java代码   收藏代码
  1. public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {  
  2.         return new FinalizableDelegatedExecutorService  
  3.             (new ThreadPoolExecutor(11,  
  4.                                     0L, TimeUnit.MILLISECONDS,  
  5.                                     new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));  
  6.     }  

4、构造有定时功能的线程池,配置corePoolSize,无界延迟阻塞队列DelayedWorkQueue;有意思的是:maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE,由于DelayedWorkQueue是无界队列,所以这个值是没有意义的  
Java代码   收藏代码
  1. public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {  
  2.         return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);  
  3.     }  
  4.   
  5. public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(  
  6.             int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {  
  7.         return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);  
  8.     }  
  9.   
  10. public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,  
  11.                              ThreadFactory threadFactory) {  
  12.         super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, TimeUnit.NANOSECONDS,  
  13.               new DelayedWorkQueue(), threadFactory);  
  14.     }  


四、定制属于自己的非阻塞线程池  
Java代码   收藏代码
  1. import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;  
  2. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
  3. import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;  
  4. import java.util.concurrent.ThreadFactory;  
  5. import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  
  6. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
  7. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  
  8.   
  9.   
  10. public class CustomThreadPoolExecutor {  
  11.   
  12.       
  13.     private ThreadPoolExecutor pool = null;  
  14.       
  15.       
  16.     /** 
  17.      * 线程池初始化方法 
  18.      *  
  19.      * corePoolSize 核心线程池大小----10 
  20.      * maximumPoolSize 最大线程池大小----30 
  21.      * keepAliveTime 线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间----30+单位TimeUnit 
  22.      * TimeUnit keepAliveTime时间单位----TimeUnit.MINUTES 
  23.      * workQueue 阻塞队列----new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10)====10容量的阻塞队列 
  24.      * threadFactory 新建线程工厂----new CustomThreadFactory()====定制的线程工厂 
  25.      * rejectedExecutionHandler 当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时, 
  26.      *                          即当提交第41个任务时(前面线程都没有执行完,此测试方法中用sleep(100)), 
  27.      *                                任务会交给RejectedExecutionHandler来处理 
  28.      */  
  29.     public void init() {  
  30.         pool = new ThreadPoolExecutor(  
  31.                 10,  
  32.                 30,  
  33.                 30,  
  34.                 TimeUnit.MINUTES,  
  35.                 new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10),  
  36.                 new CustomThreadFactory(),  
  37.                 new CustomRejectedExecutionHandler());  
  38.     }  
  39.   
  40.       
  41.     public void destory() {  
  42.         if(pool != null) {  
  43.             pool.shutdownNow();  
  44.         }  
  45.     }  
  46.       
  47.       
  48.     public ExecutorService getCustomThreadPoolExecutor() {  
  49.         return this.pool;  
  50.     }  
  51.       
  52.     private class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {  
  53.   
  54.         private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);  
  55.           
  56.         @Override  
  57.         public Thread newThread(Runnable r) {  
  58.             Thread t = new Thread(r);  
  59.             String threadName = CustomThreadPoolExecutor.class.getSimpleName() + count.addAndGet(1);  
  60.             System.out.println(threadName);  
  61.             t.setName(threadName);  
  62.             return t;  
  63.         }  
  64.     }  
  65.       
  66.       
  67.     private class CustomRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {  
  68.   
  69.         @Override  
  70.         public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {  
  71.             // 记录异常  
  72.             // 报警处理等  
  73.             System.out.println("error.............");  
  74.         }  
  75.     }  
  76.       
  77.       
  78.       
  79.     // 测试构造的线程池  
  80.     public static void main(String[] args) {  
  81.         CustomThreadPoolExecutor exec = new CustomThreadPoolExecutor();  
  82.         // 1.初始化  
  83.         exec.init();  
  84.           
  85.         ExecutorService pool = exec.getCustomThreadPoolExecutor();  
  86.         for(int i=1; i<100; i++) {  
  87.             System.out.println("提交第" + i + "个任务!");  
  88.             pool.execute(new Runnable() {  
  89.                 @Override  
  90.                 public void run() {  
  91.                     try {  
  92.                         Thread.sleep(3000);  
  93.                     } catch (InterruptedException e) {  
  94.                         e.printStackTrace();  
  95.                     }  
  96.                     System.out.println("running=====");  
  97.                 }  
  98.             });  
  99.         }  
  100.           
  101.           
  102.           
  103.         // 2.销毁----此处不能销毁,因为任务没有提交执行完,如果销毁线程池,任务也就无法执行了  
  104.         // exec.destory();  
  105.           
  106.         try {  
  107.             Thread.sleep(10000);  
  108.         } catch (InterruptedException e) {  
  109.             e.printStackTrace();  
  110.         }  
  111.     }  
  112. }  

方法中建立一个核心线程数为30个,缓冲队列有10个的线程池。每个线程任务,执行时会先睡眠3秒,保证提交10任务时,线程数目被占用完,再提交30任务时,阻塞队列被占用完,,这样提交第41个任务是,会交给CustomRejectedExecutionHandler 异常处理类来处理。  

提交任务的代码如下:  
Java代码   收藏代码
  1. public void execute(Runnable command) {  
  2.         if (command == null)  
  3.             throw new NullPointerException();  
  4.         /* 
  5.          * Proceed in 3 steps: 
  6.          * 
  7.          * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to 
  8.          * start a new thread with the given command as its first 
  9.          * task.  The call to addWorker atomically checks runState and 
  10.          * workerCount, and so prevents false alarms that would add 
  11.          * threads when it shouldn't, by returning false. 
  12.          * 
  13.          * 2. If a task can be successfully queued, then we still need 
  14.          * to double-check whether we should have added a thread 
  15.          * (because existing ones died since last checking) or that 
  16.          * the pool shut down since entry into this method. So we 
  17.          * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if 
  18.          * stopped, or start a new thread if there are none. 
  19.          * 
  20.          * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new 
  21.          * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated 
  22.          * and so reject the task. 
  23.          */  
  24.         int c = ctl.get();  
  25.         if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {  
  26.             if (addWorker(command, true))  
  27.                 return;  
  28.             c = ctl.get();  
  29.         }  
  30.         if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {  
  31.             int recheck = ctl.get();  
  32.             if (! isRunning(recheck) && remove(command))  
  33.                 reject(command);  
  34.             else if (workerCountOf(recheck) == 0)  
  35.                 addWorker(nullfalse);  
  36.         }  
  37.         else if (!addWorker(command, false))  
  38.             reject(command);  
  39.     }  

注意:41以后提交的任务就不能正常处理了,因为,execute中提交到任务队列是用的offer方法,如上面代码,这个方法是非阻塞的,所以就会交给CustomRejectedExecutionHandler 来处理,所以对于大数据量的任务来说,这种线程池,如果不设置队列长度会OOM,设置队列长度,会有任务得不到处理,接下来我们构建一个阻塞的自定义线程池  

五、定制属于自己的阻塞线程池  
Java代码   收藏代码
  1. package com.tongbanjie.trade.test.commons;  
  2.   
  3. import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;  
  4. import java.util.concurrent.ExecutorService;  
  5. import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;  
  6. import java.util.concurrent.ThreadFactory;  
  7. import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  
  8. import java.util.concurrent.TimeUnit;  
  9. import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  
  10.   
  11. public class CustomThreadPoolExecutor {    
  12.         
  13.         
  14.     private ThreadPoolExecutor pool = null;    
  15.         
  16.         
  17.     /**  
  18.      * 线程池初始化方法  
  19.      *   
  20.      * corePoolSize 核心线程池大小----1  
  21.      * maximumPoolSize 最大线程池大小----3  
  22.      * keepAliveTime 线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间----30+单位TimeUnit  
  23.      * TimeUnit keepAliveTime时间单位----TimeUnit.MINUTES  
  24.      * workQueue 阻塞队列----new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5)====5容量的阻塞队列  
  25.      * threadFactory 新建线程工厂----new CustomThreadFactory()====定制的线程工厂  
  26.      * rejectedExecutionHandler 当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时,  
  27.      *                          即当提交第41个任务时(前面线程都没有执行完,此测试方法中用sleep(100)),  
  28.      *                                任务会交给RejectedExecutionHandler来处理  
  29.      */    
  30.     public void init() {    
  31.         pool = new ThreadPoolExecutor(    
  32.                 1,    
  33.                 3,    
  34.                 30,    
  35.                 TimeUnit.MINUTES,    
  36.                 new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5),    
  37.                 new CustomThreadFactory(),    
  38.                 new CustomRejectedExecutionHandler());    
  39.     }    
  40.     
  41.         
  42.     public void destory() {    
  43.         if(pool != null) {    
  44.             pool.shutdownNow();    
  45.         }    
  46.     }    
  47.         
  48.         
  49.     public ExecutorService getCustomThreadPoolExecutor() {    
  50.         return this.pool;    
  51.     }    
  52.         
  53.     private class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {    
  54.     
  55.         private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);    
  56.             
  57.         @Override    
  58.         public Thread newThread(Runnable r) {    
  59.             Thread t = new Thread(r);    
  60.             String threadName = CustomThreadPoolExecutor.class.getSimpleName() + count.addAndGet(1);    
  61.             System.out.println(threadName);    
  62.             t.setName(threadName);    
  63.             return t;    
  64.         }    
  65.     }    
  66.         
  67.         
  68.     private class CustomRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {    
  69.     
  70.         @Override    
  71.         public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {    
  72.             try {  
  73.                                 // 核心改造点,由blockingqueue的offer改成put阻塞方法  
  74.                 executor.getQueue().put(r);  
  75.             } catch (InterruptedException e) {  
  76.                 e.printStackTrace();  
  77.             }  
  78.         }    
  79.     }    
  80.         
  81.         
  82.         
  83.     // 测试构造的线程池    
  84.     public static void main(String[] args) {    
  85.           
  86.         CustomThreadPoolExecutor exec = new CustomThreadPoolExecutor();    
  87.         // 1.初始化    
  88.         exec.init();    
  89.             
  90.         ExecutorService pool = exec.getCustomThreadPoolExecutor();    
  91.         for(int i=1; i<100; i++) {    
  92.             System.out.println("提交第" + i + "个任务!");    
  93.             pool.execute(new Runnable() {    
  94.                 @Override    
  95.                 public void run() {    
  96.                     try {    
  97.                         System.out.println(">>>task is running=====");   
  98.                         TimeUnit.SECONDS.sleep(10);  
  99.                     } catch (InterruptedException e) {    
  100.                         e.printStackTrace();    
  101.                     }    
  102.                 }    
  103.             });    
  104.         }    
  105.             
  106.             
  107.         // 2.销毁----此处不能销毁,因为任务没有提交执行完,如果销毁线程池,任务也就无法执行了    
  108.         // exec.destory();    
  109.             
  110.         try {    
  111.             Thread.sleep(10000);    
  112.         } catch (InterruptedException e) {    
  113.             e.printStackTrace();    
  114.         }    
  115.     }    
  116. }    


解释:当提交任务被拒绝时,进入拒绝机制,我们实现拒绝方法,把任务重新用阻塞提交方法put提交,实现阻塞提交任务功能,防止队列过大,OOM,提交被拒绝方法在下面  

   
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  1. public void execute(Runnable command) {  
  2.         if (command == null)  
  3.             throw new NullPointerException();  
  4.   
  5.         int c = ctl.get();  
  6.         if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {  
  7.             if (addWorker(command, true))  
  8.                 return;  
  9.             c = ctl.get();  
  10.         }  
  11.         if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {  
  12.             int recheck = ctl.get();  
  13.             if (! isRunning(recheck) && remove(command))  
  14.                 reject(command);  
  15.             else if (workerCountOf(recheck) == 0)  
  16.                 addWorker(nullfalse);  
  17.         }  
  18.         else if (!addWorker(command, false))  
  19.             // 进入拒绝机制, 我们把runnable任务拿出来,重新用阻塞操作put,来实现提交阻塞功能  
  20.             reject(command);  
  21.     }  



总结:  
1、用ThreadPoolExecutor自定义线程池,看线程是的用途,如果任务量不大,可以用无界队列,如果任务量非常大,要用有界队列,防止OOM 
2、如果任务量很大,还要求每个任务都处理成功,要对提交的任务进行阻塞提交,重写拒绝机制,改为阻塞提交。保证不抛弃一个任务 
3、最大线程数一般设为2N+1最好,N是CPU核数 
4、核心线程数,看应用,如果是任务,一天跑一次,设置为0,合适,因为跑完就停掉了,如果是常用线程池,看任务量,是保留一个核心还是几个核心线程数 
5、如果要获取任务执行结果,用CompletionService,但是注意,获取任务的结果的要重新开一个线程获取,如果在主线程获取,就要等任务都提交后才获取,就会阻塞大量任务结果,队列过大OOM,所以最好异步开个线程获取结果
GitHub 加速计划 / th / ThreadPool
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A simple C++11 Thread Pool implementation
最近提交(Master分支:3 个月前 )
9a42ec13 - 10 年前
fcc91415 - 10 年前
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