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JAVA线程池ThreadPoolExecutor与阻塞队列BlockingQueue
2017/4/13
南通科迅教育
595
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Java5开始,Java提供了自己的线程池。每次只执行指定数量的线程,java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 就是这样的线程池。以下是我的学习过程。

首先是构造函数签名如下:

publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime,TimeUnitunit,BlockingQueueworkQueue,RejectedExecutionHandlerhandler); 参数介绍:

 

corePoolSize核心线程数,指保留的线程池大小(不超过maximumPoolSize值时,线程池中最多有corePoolSize 个线程工作)。
maximumPoolSize指的是线程池的最大大小(线程池中最大有corePoolSize 个线程可运行)。
keepAliveTime指的是空闲线程结束的超时时间(当一个线程不工作时,过keepAliveTime 长时间将停止该线程)。
unit是一个枚举,表示 keepAliveTime 的单位(有NANOSECONDS, MICROSECONDS, MILLISECONDS, SECONDS, MINUTES, HOURS, DAYS,7个可选值)。
workQueue表示存放任务的队列(存放需要被线程池执行的线程队列)。
handler拒绝策略(添加任务失败后如何处理该任务).

1、线程池刚创建时,里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过,就算队列里面有任务,线程池也不会马上执行它们。
2、当调用 execute() 方法添加一个任务时,线程池会做如下判断:
a. 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize,那么马上创建线程运行这个任务;
b. 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize,那么将这个任务放入队列。
c. 如果这时候队列满了,而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize,那么还是要创建线程运行这个任务;
d. 如果队列满了,而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize,那么线程池会抛出异常,告诉调用者“我不能再接受任务了”。
3、当一个线程完成任务时,它会从队列中取下一个任务来执行。
4、当一个线程无事可做,超过一定的时间(keepAliveTime)时,线程池会判断,如果当前运行的线程数大于 corePoolSize,那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后,它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。
这个过程说明,并不是先加入任务就一定会先执行。假设队列大小为 4,corePoolSize为2,maximumPoolSize为6,那么当加入15个任务时,执行的顺序类似这样:首先执行任务 1、2,然后任务3~6被放入队列。这时候队列满了,任务7、8、9、10 会被马上执行,而任务 11~15 则会抛出异常。最终顺序是:1、2、7、8、9、10、3、4、5、6。当然这个过程是针对指定大小的ArrayBlockingQueue来说,如果是LinkedBlockingQueue,因为该队列无大小限制,所以不存在上述问题。

示例一,LinkedBlockingQueue队列使用:

  1. importjava.util.concurrent.BlockingQueue;
  2. importjava.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
  3. importjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
  4. importjava.util.concurrent.TimeUnit;
  5.  
  6. /**
  7. *Createdon2011-12-28
  8. *

    Description:[Java线程池学习]

  9. *@authorshixing_11@sina.com
  10. */
  11. publicclassThreadPoolTestimplementsRunnable{
  12. publicvoidrun(){
  13. synchronized(this){
  14. try{
  15. System.out.println(Thread.currentThread().getName());
  16. Thread.sleep(3000);
  17. }catch(InterruptedExceptione){
  18. e.printStackTrace();
  19. }
  20. }
  21. }
  22.  
  23. publicstaticvoidmain(String[]args){
  24. BlockingQueuequeue=newLinkedBlockingQueue();
  25. ThreadPoolExecutorexecutor=newThreadPoolExecutor(2,6,1,TimeUnit.DAYS,queue);
  26. for(inti=0;i<10;i++){
  27. executor.execute(newThread(newThreadPoolTest(),"TestThread".concat(""+i)));
  28. intthreadSize=queue.size();
  29. System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);
  30. }
  31. executor.shutdown();
  32. }
  33. }
输出结果如下:

线程队列大小为-->0
线程名称:pool-1-thread-1
线程队列大小为-->0
线程队列大小为-->1
线程队列大小为-->2
线程队列大小为-->3
线程队列大小为-->4
线程队列大小为-->5
线程队列大小为-->6
线程队列大小为-->7
线程队列大小为-->8
线程名称:pool-1-thread-2
线程名称:pool-1-thread-1
线程名称:pool-1-thread-2
线程名称:pool-1-thread-1
线程名称:pool-1-thread-2
线程名称:pool-1-thread-1
线程名称:pool-1-thread-2
线程名称:pool-1-thread-1
线程名称:pool-1-thread-2

可见,线程队列最大为8,共执行了10个线线程。因为是从线程池里运行的线程,所以虽然将线程的名称设为"TestThread".concat(""+i),但输出后还是变成了pool-1-thread-x。

示例二,LinkedBlockingQueue队列使用:

  1. importjava.util.concurrent.BlockingQueue;
  2. importjava.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
  3. importjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
  4. importjava.util.concurrent.TimeUnit;
  5.  
  6. /**
  7. *Createdon2011-12-28
  8. *

    Description:[Java线程池学习]

  9. *@authorshixing_11@sina.com
  10. */
  11. publicclassThreadPoolTestimplementsRunnable{
  12. publicvoidrun(){
  13. synchronized(this){
  14. try{
  15. System.out.println("线程名称:"+Thread.currentThread().getName());
  16. Thread.sleep(3000);//休眠是为了让该线程不至于执行完毕后从线程池里释放
  17. }catch(InterruptedExceptione){
  18. e.printStackTrace();
  19. }
  20. }
  21. }
  22.  
  23. publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{
  24. BlockingQueuequeue=newArrayBlockingQueue(4);//固定为4的线程队列
  25. ThreadPoolExecutorexecutor=newThreadPoolExecutor(2,6,1,TimeUnit.DAYS,queue);
  26. for(inti=0;i<10;i++){
  27. executor.execute(newThread(newThreadPoolTest(),"TestThread".concat(""+i)));
  28. intthreadSize=queue.size();
  29. System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);
  30. }
  31. executor.shutdown();
  32. }
  33. }
输出结果如下:

线程队列大小为-->0
线程队列大小为-->0
线程队列大小为-->1
线程队列大小为-->2
线程队列大小为-->3
线程队列大小为-->4
线程队列大小为-->4
线程队列大小为-->4
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-1
线程名称:pool-1-thread-3
线程名称:pool-1-thread-2
线程名称:pool-1-thread-4
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-5
线程名称:pool-1-thread-6
线程名称:pool-1-thread-5
线程名称:pool-1-thread-6
线程名称:pool-1-thread-4
线程名称:pool-1-thread-2

可见,总共10个线程,因为核心线程数为2,2个线程被立即运行,线程队列大小为4,所以4个线程被加入队列,最大线程数为6,还能运行6-2=4个,其10个线程的其余4个线程又立即运行了。

如果将我们要运行的线程数10改为11,则由于最大线程数6+线程队列大小4=10<11,则根据线程池工作原则,最后一个线程将被拒绝策略拒绝,将示例二的main方法改为如下:

  1. publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{
  2. ArrayBlockingQueuequeue=newArrayBlockingQueue(4);//固定为4的线程队列
  3. ThreadPoolExecutorexecutor=newThreadPoolExecutor(2,6,1,TimeUnit.DAYS,queue);
  4. for(inti=0;i<11;i++){
  5. executor.execute(newThread(newThreadPoolTest(),"TestThread".concat(""+i)));
  6. intthreadSize=queue.size();
  7. System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);
  8. }
  9. executor.shutdown();
  10. }
输出结果:

线程队列大小为-->0
线程名称:pool-1-thread-1
线程队列大小为-->0
线程队列大小为-->1
线程队列大小为-->2
线程队列大小为-->3
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-2
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-3
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-4
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-5
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-6
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(Unknown Source)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(Unknown Source)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(Unknown Source)
at ths.ThreadPoolTest.main(ThreadPoolTest.java:30)
线程名称:pool-1-thread-1
线程名称:pool-1-thread-3
线程名称:pool-1-thread-2
线程名称:pool-1-thread-4

很明显,抛RejectedExecutionException异常了,被拒绝策略拒绝了,这就说明线程超出了线程池的总容量(线程队列大小+最大线程数)。

对于java.util.concurrent.BlockingQueue类有有三种方法将线程添加到线程队列里面,然而如何区别三种方法的不同呢,其实在队列未满的情况下结果相同,都是将线程添加到线程队列里面,区分就在于当线程队列已经满的时候,此时

public boolean add(E e) 方法将抛出IllegalStateException异常,说明队列已满。

public boolean offer(E e) 方法则不会抛异常,只会返回boolean值,告诉你添加成功与否,队列已满,当然返回false。

public void put(E e) throws InterruptedException 方法则一直阻塞(即等待,直到线程池中有线程运行完毕,可以加入队列为止)。

为了证明对上面这三个方法的描述,我们将示例二改为如下、public booleanadd(E e)方法测试程序:

  1. publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{
  2. BlockingQueuequeue=newArrayBlockingQueue(4);//固定为4的线程队列
  3. ThreadPoolExecutorexecutor=newThreadPoolExecutor(2,6,1,TimeUnit.DAYS,queue);
  4. for(inti=0;i<10;i++){
  5. executor.execute(newThread(newThreadPoolTest(),"TestThread".concat(""+i)));
  6. intthreadSize=queue.size();
  7. System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);
  8. if(threadSize==4){
  9. queue.add(newRunnable(){//队列已满,抛异常
  10. @Override
  11. publicvoidrun(){
  12. System.out.println("我是新线程,看看能不能搭个车加进去!");
  13.  
  14. }
  15. });
  16. }
  17. }
  18. executor.shutdown();
  19. }
运行结果:

线程队列大小为-->0
线程名称:pool-1-thread-1
线程队列大小为-->0
线程队列大小为-->1
线程队列大小为-->2
线程队列大小为-->3
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-2
Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full
at java.util.AbstractQueue.add(Unknown Source)
at java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue.add(Unknown Source)
at ths.ThreadPoolTest.main(ThreadPoolTest.java:35)
线程名称:pool-1-thread-1
线程名称:pool-1-thread-2
线程名称:pool-1-thread-2
线程名称:pool-1-thread-1

很明显,当线程队列已满,即线程队列里的线程数为4时,抛了异常,add线程失败。再来看public boolean offer(E e) 方法测试程序:

  1. publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{
  2. BlockingQueuequeue=newArrayBlockingQueue(4);//固定为4的线程队列
  3. ThreadPoolExecutorexecutor=newThreadPoolExecutor(2,6,1,TimeUnit.DAYS,queue);
  4. for(inti=0;i<10;i++){
  5. executor.execute(newThread(newThreadPoolTest(),"TestThread".concat(""+i)));
  6. intthreadSize=queue.size();
  7. System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);
  8. if(threadSize==4){
  9. finalbooleanflag=queue.offer(newRunnable(){
  10. @Override
  11. publicvoidrun(){
  12. System.out.println("我是新线程,看看能不能搭个车加进去!");
  13.  
  14. }
  15. });
  16. System.out.println("添加新线程标志为-->"+flag);
  17. }
  18. }
  19. executor.shutdown();
  20. }
运行结果如下:

线程队列大小为-->0
线程名称:pool-1-thread-1
线程队列大小为-->0
线程队列大小为-->1
线程队列大小为-->2
线程队列大小为-->3
线程队列大小为-->4
添加新线程标志为-->false
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-3
添加新线程标志为-->false
线程名称:pool-1-thread-2
线程队列大小为-->4
添加新线程标志为-->false
线程名称:pool-1-thread-4
线程队列大小为-->4
添加新线程标志为-->false
线程名称:pool-1-thread-5
线程队列大小为-->4
添加新线程标志为-->false
线程名称:pool-1-thread-6
线程名称:pool-1-thread-1
线程名称:pool-1-thread-2
线程名称:pool-1-thread-3
线程名称:pool-1-thread-4
 

可以看到,当线程队列已满的时候,线程没有被添加到线程队列,程序也没有抛异常。继续看public void put(E e) throws InterruptedException;方法测试程序:

  1. publicstaticvoidmain(String[]args)throwsInterruptedException{
  2. BlockingQueuequeue=newArrayBlockingQueue(4);//固定为4的线程队列
  3. ThreadPoolExecutorexecutor=newThreadPoolExecutor(2,6,1,TimeUnit.DAYS,queue);
  4. for(inti=0;i<10;i++){
  5. executor.execute(newThread(newThreadPoolTest(),"TestThread".concat(""+i)));
  6. intthreadSize=queue.size();
  7. System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);
  8. if(threadSize==4){
  9. queue.put(newRunnable(){
  10. @Override
  11. publicvoidrun(){
  12. System.out.println("我是新线程,看看能不能搭个车加进去!");
  13. }
  14. });
  15. }
  16. }
  17. executor.shutdown();
  18. }
结果如下:

线程队列大小为-->0
线程队列大小为-->0
线程队列大小为-->1
线程队列大小为-->2
线程队列大小为-->3
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-1
线程名称:pool-1-thread-2
线程名称:pool-1-thread-1
线程名称:pool-1-thread-2
线程队列大小为-->3
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-3
线程名称:pool-1-thread-2
线程队列大小为-->4
线程名称:pool-1-thread-1
线程队列大小为-->4
我是新线程,看看能不能搭个车加进去!
线程名称:pool-1-thread-3
线程名称:pool-1-thread-4
我是新线程,看看能不能搭个车加进去!
线程名称:pool-1-thread-3
我是新线程,看看能不能搭个车加进去!
我是新线程,看看能不能搭个车加进去!

很明显,尝试了四次才加进去,前面三次尝试添加,但由于线程sleep(3000),所以没有执行完,线程队列一直处于满的状态,直到某个线程执行完,队列有空位,新线程才加进去,没空位之前一直阻塞(即等待),我能加进去为止。

 

那么线程池的排除策略是什么样呢,一般按如下规律执行:

A. 如果运行的线程少于 corePoolSize,则 Executor 始终首选添加新的线程,而不进行排队。
B. 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize,则 Executor 始终首选将请求加入队列,而不添加新的线程。
C. 如果无法将请求加入队列,则创建新的线程,除非创建此线程超出 maximumPoolSize,在这种情况下,任务将被拒绝。

 

总结:

1. 线程池可立即运行的最大线程数 即maximumPoolSize 参数。

2. 线程池能包含的最大线程数 =可立即运行的最大线程数 + 线程队列大小 (一部分立即运行,一部分装队列里等待)

3. 核心线程数可理解为建议值,即建议使用的线程数,或者依据CPU核数

4. add,offer,put三种添加线程到队列的方法只在队列满的时候有区别,add为抛异常,offer返回boolean值,put直到添加成功为止。

5.同理remove,poll, take三种移除队列中线程的方法只在队列为空的时候有区别, remove为抛异常,poll为返回boolean值, take等待直到有线程可以被移除。

看看下面这张图就清楚了:

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