工作中，經常會涉及到線程。比如有些任務，經常會交與線程去異步執行。抑或服務端程序為每個請求單獨建立一個線程處理任務。線程之外的，比如我們用的數據庫連接。這些創建銷毀或者打開關閉的操作，非常影響系統性能。所以，“池”的用處就凸顯出來了。
1. 為什么要使用線程池
在3.6.1節介紹的實現方式中，對每個客戶都分配一個新的工作線程。當工作線程與客戶通信結束，這個線程就被銷毀。這種實現方式有以下不足之處：
•服務器創建和銷毀工作的開銷( 包括所花費的時間和系統資源 )很大。這一項不用解釋，可以去查下"線程創建過程"。除了機器本身所做的工作，我們還要實例化，啟動，這些都需要占用堆棧資源。
•除了創建和銷毀線程的開銷之外，活動的線程也消耗系統資源。 這個應該是對堆棧資源的消耗，猜測數據庫連接數設置一個合理的值，也有這個考慮。
•如果線程數目固定，并且每個線程都有很長的聲明周期，那么線程切換也是相對固定的。不同的操作系統有不同的切換周期，一般20ms左右。這里說的切換是在jvm以及底層操作系統的調度下，線程之間轉讓cpu的使用權。如果頻繁創建和銷毀線程，那么就將頻繁的切換線程，因為一個線程銷毀后，必然要讓出使用權給已經就緒的線程，使該線程獲得運行機會。在這種情況下，線程之間的切換就不在遵循系統的固定切換周期，切換線程的開銷甚至比創建和銷毀的開銷還要大。
相對來說，使用線程池，會預創建一些線程，它們不斷的從工作隊列中取出任務，然后執行該任務。當工作線程執行完一個任務后，就會繼續執行工作隊列中的另一個任務。優點如下：
•減少了創建和銷毀的次數，每個工作線程都可以一直被重用，能執行多個任務。
•可以根據系統的承載能力，方便的調整線程池中線程的數目，防止因為消耗過量的系統資源而導致系統崩潰。
2. 線程池的簡單實現
下面是自己寫的一個簡單的線程池，也是從Java網絡編程這本書上直接照著敲出來的
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package thread;import java.util.LinkedList;/** * 線程池的實現，根據常規線程池的長度，最大長度，隊列長度，我們可以增加數目限制實現 * @author Han */public class MyThreadPool extends ThreadGroup{ //cpu 數量 ---Runtime.getRuntime().availableProcessors(); //是否關閉 private boolean isClosed = false; //隊列 private LinkedList<Runnable> workQueue; //線程池id private static int threadPoolID; private int threadID; public MyThreadPool(int poolSize){ super("MyThreadPool."+threadPoolID); threadPoolID++; setDaemon(true); workQueue = new LinkedList<Runnable>(); for(int i = 0;i<poolSize;i++){ new WorkThread().start(); } } //這里可以換成ConcurrentLinkedQueue,就可以避免使用synchronized的效率問題 public synchronized void execute(Runnable task){ if(isClosed){ throw new IllegalStateException("連接池已經關閉..."); }else{ workQueue.add(task); notify(); } } protected synchronized Runnable getTask() throws InterruptedException { while(workQueue.size() == 0){ if(isClosed){ return null; } wait(); } return workQueue.removeFirst(); } public synchronized void close(){ if(!isClosed){ isClosed = true; workQueue.clear(); interrupt(); } } public void join(){ synchronized (this) { isClosed = true; notifyAll(); } Thread[] threads = new Thread[activeCount()]; int count = enumerate(threads); for(int i = 0;i<count;i++){ try { threads[i].join(); } catch (Exception e) { } } } class WorkThread extends Thread{ public WorkThread(){ super(MyThreadPool.this,"workThread"+(threadID++)); System.out.println("create..."); } @Override public void run() { while(!isInterrupted()){ System.out.println("run.."); Runnable task = null; try { //這是一個阻塞方法 task = getTask(); } catch (Exception e) { } if(task != null){ task.run(); }else{ break; } } } }} |
該線程池主要定義了一個工作隊列和一些預創建的線程。只要調用execute方法，就可以向線程提交任務。
后面線程在沒有任務的時候，會阻塞在getTask(),直到有新任務進來被喚醒。
join和close都可以用來關閉線程池。不同的是，join會把隊列中的任務執行完，而close則立刻清空隊列，并且中斷所有的工作線程。close()中的interrupt()相當于調用了ThreadGroup中包含子線程的各自的interrupt()，所以有線程處于wait或者sleep時，都會拋出InterruptException
測試類如下：
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public class TestMyThreadPool { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { MyThreadPool pool = new MyThreadPool(3); for(int i = 0;i<10;i++){ pool.execute(new Runnable() { @Override public void run() { try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { } System.out.println("working..."); } }); } pool.join(); //pool.close(); }} |
3. jdk類庫提供的線程池
java提供了很好的線程池實現，比我們自己的實現要更加健壯以及高效，同時功能也更加強大。
類圖如下：
關于這類線程池，前輩們已經有很好的講解。任意百度下java線程池，都有寫的非常詳細的例子和教程，這里就不再贅述。
4. spring注入線程池
在使用spring框架的時候，如果我們用java提供的方法來創建線程池，在多線程應用中非常不方便管理，而且不符合我們使用spring的思想。(雖然spring可以通過靜態方法注入)
其實,Spring本身也提供了很好的線程池的實現。這個類叫做ThreadPoolTaskExecutor。
在spring中的配置如下：
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<bean id="executorService" class="org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor"> <property name="corePoolSize" value="${threadpool.corePoolSize}" /> <!-- 線程池維護線程的最少數量 --> <property name="keepAliveSeconds" value="${threadpool.keepAliveSeconds}" /> <!-- 線程池維護線程所允許的空閑時間 --> <property name="maxPoolSize" value="${threadpool.maxPoolSize}" /> <!-- 線程池維護線程的最大數量 --> <property name="queueCapacity" value="${threadpool.queueCapacity}" /> <!-- 線程池所使用的緩沖隊列 --> </bean> |
5. 使用線程池的注意事項
•死鎖
任何多線程程序都有死鎖的風險，最簡單的情形是兩個線程AB，A持有鎖1，請求鎖2，B持有鎖2，請求鎖1。（這種情況在mysql的排他鎖也會出現，不會數據庫會直接報錯提示）。線程池中還有另一種死鎖：假設線程池中的所有工作線程都在執行各自任務時被阻塞，它們在等待某個任務A的執行結果。而任務A卻處于隊列中，由于沒有空閑線程，一直無法得以執行。這樣線程池的所有資源將一直阻塞下去，死鎖也就產生了。
•系統資源不足
如果線程池中的線程數目非常多，這些線程會消耗包括內存和其他系統資源在內的大量資源，從而嚴重影響系統性能。
•并發錯誤
線程池的工作隊列依靠wait()和notify()方法來使工作線程及時取得任務，但這兩個方法難以使用。如果代碼錯誤，可能會丟失通知，導致工作線程一直保持空閑的狀態，無視工作隊列中需要處理的任務。因為最好使用一些比較成熟的線程池。
•線程泄漏
使用線程池的一個嚴重風險是線程泄漏。對于工作線程數目固定的線程池，如果工作線程在執行任務時拋出RuntimeException或Error，并且這些異常或錯誤沒有被捕獲，那么這個工作線程就異常終止，使線程池永久丟失了一個線程。（這一點太有意思）
另一種情況是，工作線程在執行一個任務時被阻塞，如果等待用戶的輸入數據，但是用戶一直不輸入數據，導致這個線程一直被阻塞。這樣的工作線程名存實亡，它實際上不執行任何任務了。如果線程池中的所有線程都處于這樣的狀態，那么線程池就無法加入新的任務了。
•任務過載
當工作線程隊列中有大量排隊等待執行的任務時，這些任務本身可能會消耗太多的系統資源和引起資源缺乏。
綜上所述，使用線程池時，要遵循以下原則：
1. 如果任務A在執行過程中需要同步等待任務B的執行結果，那么任務A不適合加入到線程池的工作隊列中。如果把像任務A一樣的需要等待其他任務執行結果的加入到隊列中，可能造成死鎖
2. 如果執行某個任務時可能會阻塞，并且是長時間的阻塞，則應該設定超時時間，避免工作線程永久的阻塞下去而導致線程泄漏。在服務器才程序中，當線程等待客戶連接，或者等待客戶發送的數據時，都可能造成阻塞，可以通過以下方式設置時間：
調用ServerSocket的setSotimeout方法，設定等待客戶連接的超時時間。
對于每個與客戶連接的socket，調用該socket的setSoTImeout方法，設定等待客戶發送數據的超時時間。
3. 了解任務的特點，分析任務是執行經常會阻塞io操作，還是執行一直不會阻塞的運算操作。前者時斷時續的占用cpu，而后者具有更高的利用率。預計完成任務大概需要多長時間，是短時間任務還是長時間任務，然后根據任務的特點，對任務進行分類，然后把不同類型的任務加入到不同的線程池的工作隊列中，這樣就可以根據任務的特點，分配調整每個線程池
4. 調整線程池的大小。線程池的最佳大小主要取決于系統的可用cpu的數目，以及工作隊列中任務的特點。假如一個具有N個cpu的系統上只有一個工作隊列，并且其中全部是運算性質(不會阻塞)的任務，那么當線程池擁有N或N+1個工作線程時，一般會獲得最大的cpu使用率。
如果工作隊列中包含會執行IO操作并經常阻塞的任務，則要讓線程池的大小超過可用 cpu的數量，因為并不是所有的工作線程都一直在工作。選擇一個典型的任務，然后估計在執行這個任務的工程中，等待時間與實際占用cpu進行運算的時間的比例WT/ST。對于一個具有N個cpu的系統，需要設置大約N*(1+WT/ST)個線程來保證cpu得到充分利用。
當然,cpu利用率不是調整線程池過程中唯一要考慮的事項，隨著線程池工作數目的增長，還會碰到內存或者其他資源的限制，如套接字，打開的文件句柄或數據庫連接數目等。要保證多線程消耗的系統資源在系統承受的范圍之內。
5. 避免任務過載。服務器應根據系統的承載能力，限制客戶并發連接的數目。當客戶的連接超過了限制值，服務器可以拒絕連接，并進行友好提示，或者限制隊列長度。
以上這篇Java線程池的幾種實現方法及常見問題解答就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持服務器之家。
