Java 线程池
| 2024-4-3
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Created
Mar 28, 2024 01:27 AM
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前言

Java 中的线程池是一种线程管理机制,它可以在需要执行任务时重用线程,减少线程创建和销毁的开销,提高程序的性能。Java 提供了 java.util.concurrent 包来支持线程池的实现。

线程池的构造

ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor 是 Java 中用于创建和管理线程池的主要类。您可以使用它来自定义线程池的行为,如核心线程数、最大线程数、线程存活时间、工作队列等。
根据构造函数所传参数,线程池有以下行为:
  • 任务数 < corePoolSize + workQueue.size,使用核心线程执行任务,其它任务在阻塞队列等待
  • corePoolSize + workQueue.size < 任务数 < maxPoolSize + workQueue.size,(任务数 - workQueue.size)个线程执行任务,其他任务在阻塞队列等待
  • 任务数 > maxPoolSize + workQueue.size,触发拒绝策略

RejectedExecutionHandler

任务数 > maxPoolSize + workQueue.size 时触发拒绝策略,以下是关于 RejectedExecutionHandler 接口常用实现类的展示:
类名
描述
AbortPolicy
默认的拒绝策略,直接抛出 RejectedExecutionException 异常。
CallerRunsPolicy
在调用者线程中直接执行被拒绝的任务。
DiscardPolicy
直接丢弃被拒绝的任务,不做任何处理。
DiscardOldestPolicy
丢弃队列中等待时间最长的任务,然后尝试重新提交当前任务。
Custom 实现
您可以实现自定义的 RejectedExecutionHandler 接口来定义自己的拒绝策略。
这些拒绝策略可以根据您的需求来选择,以便更好地处理线程池中被拒绝的任务。

BlockingQueue

以下是关于常用的阻塞队列类型及其特性的展示:
类名
描述
ArrayBlockingQueue
基于数组的有界阻塞队列,按照先进先出的顺序存储元素。需要指定容量大小。
LinkedBlockingQueue
基于链表的有界或无界阻塞队列,按照先进先出的顺序存储元素。如果不指定容量,则为无界。
PriorityBlockingQueue
无界阻塞队列,根据元素的自然顺序或者通过构造函数提供的 Comparator 进行优先级排序。
DelayQueue
无界阻塞队列,用于存放实现了 Delayed 接口的元素,元素只有在延迟期满时才能被取出。
SynchronousQueue
不存储元素的阻塞队列,生产者必须等待消费者取走元素,反之亦然。
LinkedTransferQueue
无界阻塞队列,支持生产者等待消费者接收元素。
LinkedBlockingDeque
双端阻塞队列,可以在两端插入和移除元素。
这些阻塞队列提供了不同的特性和适用场景,您可以根据需求选择最适合的阻塞队列类型。

线程池使用

线程池创建

  • 通过 ThreadPoolExecutor 构造函数来创建(推荐的方式)
notion image
  • 通过 Executor 框架的工具类 Executors 来创建
以下是 Executors 类创建线程池的常用方法的展示:
方法
描述
注意
newFixedThreadPool(int nThreads)
创建固定大小的线程池,包含固定数量的线程。
使用的是无界的 LinkedBlockingQueue,任务队列最大长度为 Integer.MAX_VALUE,可能堆积大量的请求,从而导致 OOM。
newSingleThreadExecutor()
创建单线程的线程池,保证任务按顺序执行。
使用的是无界的 LinkedBlockingQueue,任务队列最大长度为 Integer.MAX_VALUE,可能堆积大量的请求,从而导致 OOM。
newCachedThreadPool()
创建可根据需要创建新线程的线程池。
使用的是同步队列 SynchronousQueue, 允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE ,如果任务数量过多且执行速度较慢,可能会创建大量的线程,从而导致 OOM。
newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
创建支持定时以及周期性任务执行的线程池。
使用的无界的延迟阻塞队列DelayedWorkQueue,任务队列最大长度为 Integer.MAX_VALUE,可能堆积大量的请求,从而导致 OOM。
newWorkStealingPool()
创建使用工作窃取算法的线程池。

线程池状态

在Java中,线程池有几种状态,主要包括以下几种:
  • RUNNING(运行状态):线程池处于运行状态,可以接受新任务,并处理阻塞队列中的任务。
  • SHUTDOWN(关闭状态):不再接受新任务,但会继续处理阻塞队列中的任务,直到队列为空。
  • STOP(停止状态):不再接受新任务,不处理阻塞队列中的任务,会尝试中断正在执行的任务。
  • TERMINATED(终止状态):线程池完全终止,不再处理任何任务。
这些状态可以通过线程池的方法来进行转换,
  • shutdown() 方法将线程池状态从 RUNNING 转换为 SHUTDOWN。
    • 线程池的状态则立刻变成SHUTDOWN状态。此时,则不能再往线程池中添加任何任务,否则将会抛出RejectedExecutionException异常。但是,此时线程池不会立刻退出,直到添加到线程池中的任务都已经处理完成,才会退出。
  • shutdownNow() 方法将线程池状态从 RUNNING 转换为 STOP。
    • 线程池的状态立刻变成 STOP 状态,并试图停止所有正在执行的线程,不再处理还在池队列中等待的任务,当然,它会返回那些未执行的任务。
      它试图终止线程的方法是通过调用 Thread.interrupt() 方法来实现的,这种方法的作用有限,如果线程中没有 sleep 、wait、Condition、定时锁等应用, interrupt() 方法是无法中断当前线程的。所以,shutdownNow() 并不代表线程池立即就能退出,它可能必须要等待所有正在执行的任务都执行完成了才能退出。
  • awaitTermination() 方法用于等待线程池进入 TERMINATED 状态。
    • awaitTermination 阻塞,直到所有任务在关闭请求后完成执行,或者发生超时,或者当前线程被中断,以先发生者为准。如果线程池已经关闭,则直接返回 true;如果线程池未关闭,该方法会根据 Timeout + TimeUnit 的延时等待线程结束,并根据到期后的线程池状态返回 true 或者 false,该方法不会关闭线程池,只负责延时以及检测状态。

提交任务

任务提交可以通过 ThreadPoolExecutor 的 execute() 方法或 submit() 方法来实现。
  • execute()
execute() 方法用于提交不需要返回结果的任务,参数为 Runnable 对象。
  • submit()
submit() 方法用于提交需要返回结果的任务,参数可以是 Runnable 或 Callable 对象,返回一个 Future 对象,通过 Future 对象可以获取任务的执行结果或取消任务。
在提交任务后,线程池会根据配置的核心线程数、最大线程数等参数来执行任务。如果线程池中的线程数小于核心线程数,会创建新线程来执行任务;如果线程池中的线程数达到核心线程数,会将任务放入工作队列中等待执行;如果工作队列已满,会根据最大线程数来创建新线程执行任务;如果线程数达到最大线程数且工作队列已满,会根据拒绝策略来处理无法执行的任务。

异常处理

在 Java 中,线程池的异常处理通常涉及到两个方面:一是如何处理线程池中任务的异常,二是如何处理线程池本身可能出现的异常。下面分别介绍这两个方面的处理方法:

任务异常处理

默认情况下,线程池内所有任务执行都被 try catch 包裹。
  • 使用Future对象获取任务执行结果并处理异常
通过 Future 对象的 get() 方法可以获取任务执行的结果,同时可以捕获任务执行过程中抛出的异常:
  • 使用 UncaughtExceptionHandler 处理线程池中线程的未捕获异常
通过设置线程池的 UncaughtExceptionHandler,可以捕获线程池中线程抛出的未捕获异常:

线程池异常处理

  • 使用 ThreadPoolExecutor 的 afterExecute() 方法处理任务执行过程中的异常
可以通过重写 ThreadPoolExecutor 的 afterExecute() 方法,在任务执行完成后处理任务执行过程中的异常:
  • 使用RejectedExecutionHandler处理无法执行的任务
当线程池无法执行任务时,可以通过设置RejectedExecutionHandler来处理无法执行的任务:
通过以上方法,可以有效地处理线程池中任务的异常和线程池本身可能出现的异常,保证线程池的稳定运行。

参考文档

 
 
缺少异常处理的示例
 
 
  • Utterance
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