面試官：對(duì)并發(fā)熟悉嗎？談?wù)勀銓?duì)Java中常用的幾種線程池的理解
1. 為什么使用線程池
為每個(gè)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)線程方法的不足是：為每個(gè)請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)新線程的開(kāi)銷很大；為每個(gè)請(qǐng)求創(chuàng)建新線程的服務(wù)器在創(chuàng)建和銷毀線程上花費(fèi)的時(shí)間和消耗的系統(tǒng)資源要比花在處理實(shí)際的用戶請(qǐng)求的時(shí)間和資源更多。容易引起資源不足，造成浪費(fèi)。為解決單個(gè)任務(wù)處理時(shí)間很短而請(qǐng)求的數(shù)目巨大的問(wèn)題，引出線程池：
通過(guò)對(duì)多個(gè)任務(wù)重用線程，線程創(chuàng)建的開(kāi)銷被分?jǐn)偟搅硕鄠€(gè)任務(wù)上。其好處是，因?yàn)樵谡?qǐng)求到達(dá)時(shí)線程已經(jīng)存在，所以無(wú)意中也消除了線程創(chuàng)建所帶來(lái)的延遲，使應(yīng)用程序響應(yīng)更快；通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整線程池中的線程數(shù)目，也就是當(dāng)請(qǐng)求的數(shù)目超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，就強(qiáng)制其它任何新到的請(qǐng)求一直等待，直到獲得一個(gè)線程來(lái)處理為止，從而可以防止資源不足。
2. 使用線程池的風(fēng)險(xiǎn)
雖然線程池是構(gòu)建多線程應(yīng)用程序的強(qiáng)大機(jī)制，但使用它并不是沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)的。用線程池構(gòu)建的應(yīng)用程序容易遭受任何其它多線程應(yīng)用程序容易遭受的所有并發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，諸如同步錯(cuò)誤和死鎖，它還容易遭受特定于線程池的少數(shù)其它風(fēng)險(xiǎn)，諸如與池有關(guān)的死鎖、資源不足和線程泄漏。
2.1 死鎖
任何多線程應(yīng)用程序都有死鎖風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)一組進(jìn)程或線程中的每一個(gè)都在等待一個(gè)只有該組中另一個(gè)進(jìn)程才能引起的事件時(shí)，我們就說(shuō)這組進(jìn)程或線程 死鎖了。
死鎖的最簡(jiǎn)單情形是：線程 A 持有對(duì)象 X 的獨(dú)占鎖，并且在等待對(duì)象 Y 的鎖，而線程 B 持有對(duì)象 Y 的獨(dú)占鎖，卻在等待對(duì)象 X 的鎖。除非有某種方法來(lái)打破對(duì)鎖的等待（Java 鎖定不支持這種方法），否則死鎖的線程將永遠(yuǎn)等下去。
雖然任何多線程程序中都有死鎖的風(fēng)險(xiǎn)，但線程池卻引入了另一種死鎖可能，在那種情況下，所有池線程都在執(zhí)行已阻塞的等待隊(duì)列中另一任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果的任務(wù)，但這一任務(wù)卻因?yàn)闆](méi)有未被占用的線程而不能運(yùn)行。當(dāng)線程池被用來(lái)實(shí)現(xiàn)涉及許多交互對(duì)象的模擬，被模擬的對(duì)象可以相互發(fā)送查詢，這些查詢接下來(lái)作為排隊(duì)的任務(wù)執(zhí)行，查詢對(duì)象又同步等待著響應(yīng)時(shí)，會(huì)發(fā)生這種情況。
2.2 資源不足
線程池的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于：相對(duì)于其它替代調(diào)度機(jī)制（有些我們已經(jīng)討論過(guò)）而言，它們通常執(zhí)行得很好。但只有恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整了線程池大小時(shí)才是這樣的。線程消耗包括內(nèi)存和其它系統(tǒng)資源在內(nèi)的大量資源。除了 Thread 對(duì)象所需的內(nèi)存之外，每個(gè)線程都需要兩個(gè)可能很大的執(zhí)行調(diào)用堆棧。除此以外，JVM 可能會(huì)為每個(gè) Java 線程創(chuàng)建一個(gè)本機(jī)線程，這些本機(jī)線程將消耗額外的系統(tǒng)資源。最后，雖然線程之間切換的調(diào)度開(kāi)銷很小，但如果有很多線程，環(huán)境切換也可能嚴(yán)重地影響程序的性能。
如果線程池太大，那么被那些線程消耗的資源可能嚴(yán)重地影響系統(tǒng)性能。在線程之間進(jìn)行切換將會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，而且使用超出比您實(shí)際需要的線程可能會(huì)引起資源匱乏問(wèn)題，因?yàn)槌鼐€程正在消耗一些資源，而這些資源可能會(huì)被其它任務(wù)更有效地利用。除了線程自身所使用的資源以外，服務(wù)請(qǐng)求時(shí)所做的工作可能需要其它資源，例如 JDBC 連接、套接字或文件。這些也都是有限資源，有太多的并發(fā)請(qǐng)求也可能引起失效，例如不能分配 JDBC 連接。
2.3 線程泄漏
各種類型的線程池中一個(gè)嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)是線程泄漏，當(dāng)從池中除去一個(gè)線程以執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)，而在任務(wù)完成后該線程卻沒(méi)有返回池時(shí)，會(huì)發(fā)生這種情況。發(fā)生線程泄漏的一種情形出現(xiàn)在任務(wù)拋出一個(gè) RuntimeException 或一個(gè) Error 時(shí)。如果池類沒(méi)有捕捉到它們，那么線程只會(huì)退出而線程池的大小將會(huì)永久減少一個(gè)。當(dāng)這種情況發(fā)生的次數(shù)足夠多時(shí)，線程池最終就為空，而且系統(tǒng)將停止，因?yàn)闆](méi)有可用的線程來(lái)處理任務(wù)。
有些任務(wù)可能會(huì)永遠(yuǎn)等待某些資源或來(lái)自用戶的輸入，而這些資源又不能保證變得可用，用戶可能也已經(jīng)回家了，諸如此類的任務(wù)會(huì)永久停止，而這些停止的任務(wù)也會(huì)引起和線程泄漏同樣的問(wèn)題。如果某個(gè)線程被這樣一個(gè)任務(wù)永久地消耗著，那么它實(shí)際上就被從池除去了。對(duì)于這樣的任務(wù)，應(yīng)該要么只給予它們自己的線程，要么只讓它們等待有限的時(shí)間。
3. 有效使用線程池的準(zhǔn)則
不要對(duì)那些同步等待其它任務(wù)結(jié)果的任務(wù)排隊(duì)。這可能會(huì)導(dǎo)致上面所描述的那種形式的死鎖，在那種死鎖中，所有線程都被一些任務(wù)所占用，這些任務(wù)依次等待排隊(duì)任務(wù)的結(jié)果，而這些任務(wù)又無(wú)法執(zhí)行，因?yàn)樗械木€程都很忙。
在為時(shí)間可能很長(zhǎng)的操作使用合用的線程時(shí)要小心。如果程序必須等待諸如 I/O 完成這樣的某個(gè)資源，那么請(qǐng)指定最長(zhǎng)的等待時(shí)間，以及隨后是失效還是將任務(wù)重新排隊(duì)以便稍后執(zhí)行。這樣做保證了：通過(guò)將某個(gè)線程釋放給某個(gè)可能成功完成的任務(wù)，從而將最終取得某些進(jìn)展。
理解任務(wù)。要有效地調(diào)整線程池大小，您需要理解正在排隊(duì)的任務(wù)以及它們正在做什么。它們是 CPU 限制的（CPU-bound）嗎？它們是 I/O 限制的（I/O-bound）嗎？您的答案將影響您如何調(diào)整應(yīng)用程序。如果您有不同的任務(wù)類，這些類有著截然不同的特征，那么為不同任務(wù)類設(shè)置多個(gè)工作隊(duì)列可能會(huì)有意義，這樣可以相應(yīng)地調(diào)整每個(gè)池。
4. 線程池的大小設(shè)置
調(diào)整線程池的大小基本上就是避免兩類錯(cuò)誤：線程太少或線程太多。
雖然線程池大小的設(shè)置受到很多因素影響，但是這里給出一個(gè)參考公式：
最佳線程數(shù)目 = （（線程等待時(shí)間+線程CPU時(shí)間）/線程CPU時(shí)間 ）* CPU數(shù)目
比如平均每個(gè)線程CPU運(yùn)行時(shí)間為0.5s，而線程等待時(shí)間（非CPU運(yùn)行時(shí)間，比如IO）為1.5s，CPU核心數(shù)為8，那么根據(jù)上面這個(gè)公式估算得到：((0.5+1.5)/0.5)*8=32。這個(gè)公式進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為：
最佳線程數(shù)目 = （線程等待時(shí)間與線程CPU時(shí)間之比 + 1）* CPU數(shù)目
線程等待時(shí)間所占比例越高，需要越多線程。線程CPU時(shí)間所占比例越高，需要越少線程。
5. 常用的幾種線程池
5.1 newCachedThreadPool
創(chuàng)建一個(gè)可緩存線程池，如果線程池長(zhǎng)度超過(guò)處理需要，可靈活回收空閑線程，若無(wú)可回收，則新建線程。
這種類型的線程池特點(diǎn)是：
工作線程的創(chuàng)建數(shù)量幾乎沒(méi)有限制(其實(shí)也有限制的,數(shù)目為Interger. MAX_VALUE), 這樣可靈活的往線程池中添加線程。
如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有往線程池中提交任務(wù)，即如果工作線程空閑了指定的時(shí)間(默認(rèn)為1分鐘)，則該工作線程將自動(dòng)終止。終止后，如果你又提交了新的任務(wù)，則線程池重新創(chuàng)建一個(gè)工作線程。
在使用CachedThreadPool時(shí)，一定要注意控制任務(wù)的數(shù)量，否則，由于大量線程同時(shí)運(yùn)行，很有會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓。
示例代碼如下：
package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
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() {
public void run() {
System.out.println(index);
}
});
}
}
}
5.2 newFixedThreadPool
創(chuàng)建一個(gè)指定工作線程數(shù)量的線程池。每當(dāng)提交一個(gè)任務(wù)就創(chuàng)建一個(gè)工作線程，如果工作線程數(shù)量達(dá)到線程池初始的最大數(shù)，則將提交的任務(wù)存入到池隊(duì)列中。
FixedThreadPool是一個(gè)典型且優(yōu)秀的線程池，它具有線程池提高程序效率和節(jié)省創(chuàng)建線程時(shí)所耗的開(kāi)銷的優(yōu)點(diǎn)。但是，在線程池空閑時(shí)，即線程池中沒(méi)有可運(yùn)行任務(wù)時(shí)，它不會(huì)釋放工作線程，還會(huì)占用一定的系統(tǒng)資源。
示例代碼如下：
package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
System.out.println(index);
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
}
因?yàn)榫€程池大小為3，每個(gè)任務(wù)輸出index后sleep 2秒，所以每?jī)擅氪蛴?個(gè)數(shù)字。
定長(zhǎng)線程池的大小最好根據(jù)系統(tǒng)資源進(jìn)行設(shè)置如Runtime.getRuntime().availableProcessors()。
5.3 newSingleThreadExecutor
創(chuàng)建一個(gè)單線程化的Executor，即只創(chuàng)建唯一的工作者線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)，它只會(huì)用唯一的工作線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)，保證所有任務(wù)按照指定順序(FIFO, LIFO, 優(yōu)先級(jí))執(zhí)行。如果這個(gè)線程異常結(jié)束，會(huì)有另一個(gè)取代它，保證順序執(zhí)行。單工作線程最大的特點(diǎn)是可保證順序地執(zhí)行各個(gè)任務(wù)，并且在任意給定的時(shí)間不會(huì)有多個(gè)線程是活動(dòng)的。
示例代碼如下：
package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
System.out.println(index);
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
}
5.4 newScheduleThreadPool
創(chuàng)建一個(gè)定長(zhǎng)的線程池，而且支持定時(shí)的以及周期性的任務(wù)執(zhí)行，支持定時(shí)及周期性任務(wù)執(zhí)行。
延遲3秒執(zhí)行，延遲執(zhí)行示例代碼如下：
package test;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("delay 3 seconds");
}
}, 3, TimeUnit.SECONDS);
}
}
表示延遲1秒后每3秒執(zhí)行一次，定期執(zhí)行示例代碼如下：
package test;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
}
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
}
}來(lái)源：cnblogs.com/aaron911/p/6213808.html
程序汪資料鏈接
歡迎添加程序汪個(gè)人微信 itwang007 進(jìn)粉絲群或圍觀朋友圈