线程池

概述

• 例子： 10年前单核CPU电脑，假的多线程，像马戏团小丑玩多个球，CPU需要来回切换。
  现在是多核电脑，多个线程各自跑在独立的CPU上，不用切换效率高。
• 线程池的优势：
  线程池做的工作只要是控制运行的线程数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。
• 它的主要特点为：线程复用;控制最大并发数;管理线程。
• 第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的销耗。
  第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。
  第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会销耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

架构

Java中的线程池是通过Executor框架实现的，该框架中用到了Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor这几个类

常见创建线程池方式

 Executors.newCachedThreadPool()：无限线程池。
 Executors.newFixedThreadPool(nThreads)：创建固定大小的线程池。
 Executors.newSingleThreadExecutor()：创建单个线程的线程池。

线程池几个重要参数

源码：7大参数

/**7大参数*/
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,//1、corePoolSize：线程池中的常驻核心线程数
                              int maximumPoolSize,//2、maximumPoolSize：线程池中能够容纳同时执行的最大线程数，此值必须大于等于1
                              long keepAliveTime,//3、keepAliveTime：多余的空闲线程的存活时间当前池中线程数量超过corePoolSize时，当空闲时
                                                  //间达到keepAliveTime时，多余线程会被销毁直到只剩下corePoolSize个线程为止
                              TimeUnit unit,//4、unit：keepAliveTime的单位 
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,//5、workQueue：任务队列，被提交但尚未被执行的任务
                              ThreadFactory threadFactory,//6、threadFactory：表示生成线程池中工作线程的线程工厂，用于创建线程，一般默认的即可
                              RejectedExecutionHandler handler//7、handler：拒绝策略，表示当队列满了，并且工作线程大于
                                                                //等于线程池的最大线程数（maximumPoolSize）时如何来拒绝请求执行的runnable的策略
                              ) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

线程池状态

    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 TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

执行任务 executer()

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        int c = ctl.get();//获取当前线程池的状态 
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {//当前线程数量小于 coreSize 时创建一个新的线程运行
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {//如果当前线程处于运行状态，并且写入阻塞队列成功
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))  //双重检查，再次获取线程状态；如果线程状态变了（非运行状态）就需要从阻塞队列移除任务，并尝试判断线程是否全部执行完毕。同时执行拒绝策略。
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)  //如果当前线程池为空就新创建一个线程并执行。
                addWorker(null, false);
        }
        else if (!addWorker(command, false)) //如果在第三步的判断为非运行状态，尝试新建线程，如果失败则执行拒绝策略
            reject(command);
}

线程池底层工作原理

重要提示：
1、在创建了线程池后，线程池中的线程数为零。
2、当调用execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断：
2.1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；
2.2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；
2.3如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；
2.4如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于maximumPoolSize，那么线程池会启动饱和拒绝策略来执行。
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。

线程池的拒绝策略

何时用：

等待队列已经排满了，再也塞不下新任务了同时，线程池中的max线程也达到了，无法继续为新任务服务。这个是时候我们就需要拒绝策略机制合理的处理这个问题。

JDK内置的拒绝策略

1. AbortPolicy(默认)：直接抛出RejectedExecutionException异常阻止系统正常运行
2. CallerRunsPolicy：“调用者运行”一种调节机制，该策略既不会抛弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者，从而降低新任务的流量。
3. DiscardOldestPolicy：抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加人队列中尝试再次提交当前任务。
4. DiscardPolicy：该策略默默地丢弃无法处理的任务，不予任何处理也不抛出异常。如果允许任务丢失，这是最好的一种策略。

以上内置拒绝策略均实现了RejectedExecutionHandle接口

自定义线程池

实现demo：

class MyThreadPoolDemo {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                2,
                5,
                2L,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<Runnable>(3),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                //new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
                //new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
                //new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
        );
        //10个顾客请求
        try {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 办理业务");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }

    }

    private static void threadPool() {
        //List list = new ArrayList();
        //List list = Arrays.asList("a","b");
        //固定数的线程池，一池五线程

//       ExecutorService threadPool =  Executors.newFixedThreadPool(5); //一个银行网点，5个受理业务的窗口
//       ExecutorService threadPool =  Executors.newSingleThreadExecutor(); //一个银行网点，1个受理业务的窗口
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool(); //一个银行网点，可扩展受理业务的窗口

        //10个顾客请求
        try {
            for (int i = 1; i <= 10; i++) {
                threadPool.execute(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 办理业务");
                });
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            threadPool.shutdown();
        }
    }
}

几种常见的阻塞队列

1. ArrayBlockingQueue：由数组结构组成的有界阻塞队列。
2. LinkedBlockingQueue：由链表结构组成的有界（但大小默认值为integer.MAX_VALUE）阻塞队列。
3. SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，也即单个元素的队列。

合理配置线程池你是如何考虑的？

• CPU密集型

  CPU密集的意思是该任务需要大量的运算，而没有阻塞，CPU一直全速运行。

  CPU密集型任务配置尽可能少的线程数量：
  一般公式为：CPU核数+1个线程的线程的线程池。

• IO密集型

  • 1

    由于IO密集型任务线程并不是一直执行任务，则应配置尽可能多的线程，如CPU核数*2

  • 2

    IO密集型，即该任务需要大量的IO，即大量的阻塞。

    在单线程上运行IO密集型的任务会导致浪费大量的CPU运算能力浪费在等待。
    所以IO密集型任务中使用多线程可以大大的加速程序运行，即使在单核CPU上，这种加速主要就是利用了被浪费掉的阻塞时间。

    IO密集型时，大部分线程都阻塞，故需要多配置线程数：
    参考公式：CPU核数/1-阻塞系数 阻塞系数在0.8-0.9之间。

死锁编程及定位分析

• 是什么

  死锁是指两个或者两个以上的进程在执行过程中，因抢夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力干涉它们将都无法推进下去，如果系统资源充足，进程的资源请求都能够得到满足，死锁出现的可能性也就很低，否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。

  • 产生死锁的主要原因

    • 系统资源不足
    • 进程运行推进的顺序不合适
    • 资源分配不当

• 代码：

class HoldThread implements Runnable {

    private String lockA;
    private String lockB;

    public HoldThread(String lockA, String lockB) {
        this.lockA = lockA;
        this.lockB = lockB;
    }

    @Override
    public void run() {
        synchronized (lockA) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 自己持有锁" + lockA + "尝试获得" + lockB);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            synchronized (lockB) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 自己持有锁" + lockB + "尝试获得" + lockA);
            }
        }
    }
}

/**
 * Description:
 * 死锁是指两个或者以上的进程在执行过程中,
 * 因争夺资源而造成的一种相互等待的现象,
 * 若无外力干涉那他们都将无法推进下去
 *
 * @author veliger@163.com
 * @date 2019-04-14 0:05
 **/
public class DeadLockDemo {
    public static void main(String[] args) {
        String lockA = "lockA";
        String lockB = "lockB";
        new Thread(new HoldThread(lockA, lockB), "threadAAA").start();
        new Thread(new HoldThread(lockB, lockA), "threadBBB").start();
    }
}

• 解决

  • jps命令定位进程号
  • jstack找到死锁查看