Java 四种线程池的用法分析

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 2022-09-14
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原文地址：https://cloud.tencent.com/developer/article/1045641

Java 四种线程池的用法分析

1、new Thread的弊端

执行一个异步任务你还只是如下new Thread吗？

    new Thread(new Runnable() {
    
        @Override
        public void run() {
            // TODO Auto-generated method stub
            }
        }
    ).start();

那你就out太多了，new Thread的弊端如下：

a. 每次new Thread新建对象性能差。 b. 线程缺乏统一管理，可能无限制新建线程，相互之间竞争，及可能占用过多系统资源导致死机或oom。 c. 缺乏更多功能，如定时执行、定期执行、线程中断。

相比new Thread，Java提供的四种线程池的好处在于：

a. 重用存在的线程，减少对象创建、消亡的开销，性能佳。 b. 可有效控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞。 c. 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。

2、Java 线程池

Java通过Executors提供四种线程池，分别为：

  • newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
  • newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
  • newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
  • newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

(1)newCachedThreadPool：

创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。示例代码如下：

    ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
        try {
            Thread.sleep(index * 1000);
        } 
            catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
        }
    
    cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
    
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(index);
    }
    });
    }

线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

(2)newFixedThreadPool：

创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。示例代码如下：

    ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
        final int index = i;
    
        fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
    
    @Override
    public void run() {
    try {
        System.out.println(index);
        Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
        // TODO Auto-generated catch block
        e.printStackTrace();
        }
    }
    });
    }

因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字。

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()。可参考PreloadDataCache。

(3)newScheduledThreadPool：

创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下：

    ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
     scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
    
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("delay 3 seconds");
    }
    }, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟3秒执行。

定期执行示例代码如下：

    scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
    
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
    }
    }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟1秒后每3秒执行一次。

ScheduledExecutorService比Timer更安全，功能更强大

(4)newSingleThreadExecutor：

创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下：

    ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int index = i;
    singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
    
    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println(index);
        Thread.sleep(2000);
    } catch (InterruptedException e) {
        // TODO Auto-generated catch block
        e.printStackTrace();
            }
    }
        });
    }

结果依次输出，相当于顺序执行各个任务。

现行大多数GUI程序都是单线程的。Android中单线程可用于数据库操作，文件操作，应用批量安装，应用批量删除等不适合并发但可能IO阻塞性及影响UI线程响应的操作。

线程池的作用：

线程池作用就是限制系统中执行线程的数量。 根 据系统的环境情况，可以自动或手动设置线程数量，达到运行的最佳效果；少了浪费了系统资源，多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量，其他线程排 队等候。一个任务执行完毕，再从队列的中取最前面的任务开始执行。若队列中没有等待进程，线程池的这一资源处于等待。当一个新任务需要运行时，如果线程池 中有等待的工作线程，就可以开始运行了；否则进入等待队列。

为什么要用线程池:

1.减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。

2.可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

比较重要的几个类：

ExecutorService： 真正的线程池接口。

ScheduledExecutorService： 能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。

ThreadPoolExecutor： ExecutorService的默认实现。

ScheduledThreadPoolExecutor： 继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。

要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。

1.newSingleThreadExecutor

创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

2.newFixedThreadPool

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

3.newCachedThreadPool

创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，

那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

4.newScheduledThreadPool

创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

实例代码

一、固定大小的线程池，newFixedThreadPool：

    package app.executors;  
    
    import java.util.concurrent.Executors;  
    import java.util.concurrent.ExecutorService;  
    
    /** 
     * Java线程：线程池 
     *  
     * @author xiho
     */  
    public class Test {  
        public static void main(String[] args) {  
            // 创建一个可重用固定线程数的线程池  
            ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);  
            // 创建线程  
            Thread t1 = new MyThread();  
            Thread t2 = new MyThread();  
            Thread t3 = new MyThread();  
            Thread t4 = new MyThread();  
            Thread t5 = new MyThread();  
            // 将线程放入池中进行执行  
            pool.execute(t1);  
            pool.execute(t2);  
            pool.execute(t3);  
            pool.execute(t4);  
            pool.execute(t5);  
            // 关闭线程池  
            pool.shutdown();  
        }  
    }  
    
    class MyThread extends Thread {  
        @Override  
        public void run() {  
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行。。。");  
        }  
    }

输出结果：

    pool-1-thread-1正在执行。。。  
    pool-1-thread-3正在执行。。。  
    pool-1-thread-4正在执行。。。  
    pool-1-thread-2正在执行。。。  
    pool-1-thread-5正在执行。。。

改变ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5)中的参数：ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2)，输出结果是：

    pool-1-thread-1正在执行。。。  
    pool-1-thread-1正在执行。。。  
    pool-1-thread-2正在执行。。。  
    pool-1-thread-1正在执行。。。  
    pool-1-thread-2正在执行。。。

从以上结果可以看出，newFixedThreadPool的参数指定了可以运行的线程的最大数目，超过这个数目的线程加进去以后，不会运行。其次，加入线程池的线程属于托管状态，线程的运行不受加入顺序的影响。

二、单任务线程池，newSingleThreadExecutor：

仅仅是把上述代码中的ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2)改为ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor(); 输出结果：

    pool-1-thread-1正在执行。。。  
    pool-1-thread-1正在执行。。。  
    pool-1-thread-1正在执行。。。  
    pool-1-thread-1正在执行。。。  
    pool-1-thread-1正在执行。。。

可以看出，每次调用execute方法，其实最后都是调用了thread-1的run方法。

三、可变尺寸的线程池，newCachedThreadPool：

与上面的类似，只是改动下pool的创建方式：ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();

输出结果：

    pool-1-thread-1正在执行。。。  
    pool-1-thread-2正在执行。。。  
    pool-1-thread-4正在执行。。。  
    pool-1-thread-3正在执行。。。  
    pool-1-thread-5正在执行。。。

这种方式的特点是：可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。

四、延迟连接池，newScheduledThreadPool：

    public class TestScheduledThreadPoolExecutor {
    
        public static void main(String[] args) {
    
            ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);
    
            exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段时间就触发异常
    
                          @Override
    
                          publicvoid run() {
    
                               //throw new RuntimeException();
    
                               System.out.println("================");
    
                          }
    
                      }, 1000, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);
    
            exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段时间打印系统时间，证明两者是互不影响的
    
                          @Override
    
                          publicvoid run() {
    
                               System.out.println(System.nanoTime());
    
                          }
    
                      }, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
    
        }
    
    }

输出结果：

    ================
    
    8384644549516
    
    8386643829034
    
    8388643830710
    
    ================
    
    8390643851383
    
    8392643879319
    
    8400643939383