執行緒複用：執行緒池筆記

阿新 • • 發佈：2019-01-24

執行緒複用：執行緒池

執行緒池總概

什麼是執行緒池？

接觸過JDBC的人，一定聽說過資料庫連線池(比如，c3p0、Druid等)。其實在我的理解中，兩者是差不多的。不過執行緒池中放的是執行緒而已。
執行緒是一種輕量級工具，但其建立與關閉都需要花費一定的時間。而且大量的執行緒會搶佔記憶體資源。盲目的大量資源會對系統造成極大的壓力。
執行緒池，中有一定數量的活躍執行緒。建立執行緒變成了從執行緒池中獲得空閒執行緒；關閉執行緒變成了向執行緒池歸還執行緒。

JDK對於執行緒池的支援

Java通過Executors提供五種執行緒池，分別為：

newCachedThreadPool

建立一個可快取執行緒池，如果執行緒池長度超過處理需要，可靈活回收空閒執行緒，若無可回收，則新建執行緒。
newFixedThreadPool建立一個定長執行緒池，可控制執行緒最大併發數，超出的執行緒會在佇列中等待。
newScheduledThreadPool建立一個定長執行緒池，支援定時及週期性任務執行。
newSingleThreadExecutor建立一個單執行緒化的執行緒池，它只會用唯一的工作執行緒來執行任務，保證所有任務按照指定順序(FIFO, LIFO, 優先順序)執行。
newSingleThreadScheduledExcutor建立單執行緒化的執行緒池，支援定時及週期性任務執行。

執行緒池的使用

首先是簡單使用，這個沒有什麼特殊之處。
只需記得newFixedThreadPool建立的是定長的執行緒池，可控制執行緒最大併發數，超出的執行緒會在佇列中等待。
而newCachedThreadPool建立的執行緒池為無限大，當執行第二個任務時第一個任務已經完成，會複用執行第一個任務的執行緒，而不用每次新建執行緒。

定時任務

newScheduledThreadPool支援定時及週期性任務執行，查看了其原始碼，主要有以下三種方法：

schedule()：在給定時間，對任務進行排程；
scheduleAtFixedRate() 和 scheduleWithFixedDelay()：對任務進行週期性排程，但兩者有所區別。

scheduleAtFixedRate() 和 scheduleWithFixedDelay() 的區別

兩種排程的區別：
- FixedRate 方式：以上一個任務開始執行時間為起點，在之後的延遲時間後，呼叫下一次任務。
- FixedDelay 方式：上一個任務結束後，再經過延遲時間進行任務排程。
若任務執行時間超過排程時間，
- FixedRate 方式：若排程時間過短，那麼任務會在上一個任務結束後立刻呼叫(不會出現任務堆疊的現場)。
- FixedDelay 方式：會嚴格按照任務間隔時間 = 排程時間 + 任務執行時間。

如果任務遇到異常，那麼後續的所有子任務都會停止排程。因此必須保證，異常被及時處理，為週期性任務的穩定排程提供條件。

關於執行緒池的記錄

拒絕策略

建立執行緒池的核心類 ThreadPoolExecutor 有一個引數指定了拒絕策略。拒絕策略，是系統超負荷執行時的補救措施，通常是由於壓力太大而引起的，也就是執行緒池中的執行緒已經用完了且等待佇列已經排滿了。
JDK 提供了四種拒絕策略：

AbortPolicy 策略：直接丟擲異常，阻止系統正常工作。
CallerRnsPolicy 策略：只要執行緒池未關閉，將直接在呼叫者執行緒中執行被丟棄的任務。這種做法不會真的丟棄任務，但是任務提交執行緒的效能將急劇下降。
DiscardOldestPolicy 策略：丟棄最老的一個請求，也就是即將被執行的任務(處於等待佇列的隊頭)，並嘗試再次提交當前任務。
DiscardPolicy 策略：直接丟掉無法處理的任務。
自定義策略：自己擴充套件 RejectedExecutionHandler 介面。

執行緒擴充套件

ThreadPoolExecutor是一個可擴充套件的執行緒池，有beforeExecute()、afterExecute()和terminated()能夠對執行緒進行控制。

protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }
protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) { }
protected void terminated() { }

這是三個protected的空方法，擺明了可以讓子類擴充套件。
* 在執行任務的執行緒中將呼叫beforeExecute和afterExecute等方法，在這些方法中還可以新增日誌、計時、監視或者統計資訊收集的功能。
* 無論是正常執行，還是丟擲異常，都會呼叫afterExecute。但是，如果丟擲Eorror，將不會呼叫該方法；或者beforeExecute丟擲一個RuntimeException，則任務將不被執行，即該方法也不會被呼叫。
* 關於terminated，線上程池完成關閉時(就是在所有任務已經完成且所有工作者執行緒已經關閉)，用來釋放Executor在生命週期裡分配的各種資源，此外還能執行資訊通知、日誌記錄等功能。

補充

使用執行緒池被”吃”掉了異常堆疊資訊
在使用執行緒池提交執行緒時，可能會發生異常堆疊資訊被”吃”掉的現象，而解決方法：
- 放棄submit()，改用execute()。
- 獲取submit()方法返回類的get()方法。
```
Future future = pools.submit(new Thread());
future.get();
```
- 擴充套件 ThreadPoolExecutor 執行緒池，讓其在排程任務前，先儲存提交任務執行緒的堆疊訊息(就是重寫執行緒池執行緒的呼叫方法)。
自定義執行緒：ThreadFactory
這個介面只有一個方法 newThread(Runnable r)，主要是由執行緒池呼叫新建執行緒。
優化執行緒池執行緒數量
在《Java Concurrency in Practice》書中給了一個估算執行緒池大小的經驗公式(同時，在Java中，可以通過Runtime.getRuntime().availableProcessors獲取可用的CPU數量。)。

Ncpu = CPU數量
Ucpu = 目標CPU的使用率，0 <= Ucpu <= 1
W/C = 等待時間與計算時間的比率
所以，最優的執行緒池大小為：
Nthreads = Ncpu * Ucpu * ( 1 + W/C )

參考資料

《實戰Java高併發程式設計》(葛一鳴郭超著)

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