[本文是我对Java Concurrency In Practice C08的归纳和总结. ?转载请注明作者和出处, ?如有谬误, 欢迎在评论中指正. ]
Executors的静态方法newCachedThreadPool, newFixedThreadPool, newScheduledThreadPool所返回的线程池都是ThreadPoolExecutor对象或者其子类对象. ThreadPoolExecutor提供了多种配置, 可以根据实际定制合适的线程池.
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线程的创建和销毁
ThreadPoolExecutor构造函数中的corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime参数与线程的创建和销毁相关.?
corePoolSize指定ThreadPoolExecutor中持有的核心线程数, 除非task队列已满, ThreadPoolExecutor不会创建超过核心线程数的线程(corePoolSize为0时是一种特殊情况, 此时就算task队列没有饱和, 向线程池第一次提交task时仍然会创建新的线程), 核心线程一旦创建就不会销毁, 除非设置了allowCoreThreadTimeOut(true), 或者关闭线程池.
maximumPoolSize指定线程池中持有的最大线程数. 对于超过核心线程数的线程, 如果在指定的超时时间内没有使用到, 就会被销毁.
keepAliveTime指定超时时间.
Executors类的静态方法创建线程池的源码:
public static ExecutorService newCachedThreadPool() { // 核心线程数为0, 最大线程数为Integer.MAX_VALUE, 超时时间为60s return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); } public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { // 核心线程数和最大线程数都为调用方指定的值nThreads, 超时时间为0 return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); } public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) { // 核心线程数由调用方指定, 最大线程数为Integer.MAX_VALUE, 超时时间为0 return new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, TimeUnit.NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue()); }?
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task队列
线程池内部持有一个task队列, 当task的提交速度超过task的执行速度时, task将被缓存在task队列中等待有线程可用时再执行. ThreadPoolExecutor在创建时可以为其指定task队列, 开发者一般有三种选择: 有界队列, 无界队列以及同步队列. Executors.newFixedThreadPool和Executors.newScheduledThreadPool返回的ThreadPoolExecutor对象使用的是无界队列, 而Executors.newCashedThreadPool返回的ThreadPoolExecutor对象使用的是同步队列.
为线程数不多的线程池指定一个容量大的队列(或者无界队列), 有助于减少线程间切换, CPU等方面的消耗, 代价是可能会造成吞吐量下降. 如果使用的是有界队列, 队列可能会被填满, 此时将根据指定的饱和策略进行处理(见之后的讲述).
对于线程数很大的线程池, 可以使用同步队列. 同步队列(SynchronousQueue)其实不能算是一种队列, 因为同步队列没有缓存的作用. 使用同步队列时, task被提交时, 直接由线程池中的线程接手. 如果此时线程池中没有可用的线程, 线程池将创建新的线程接手. 如果线程池无法创建新的线程(比如线程数已到达maximumPoolSize), 则根据指定的饱和策略进行处理(同样见之后的讲述).
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饱和策略
如果线程池使用的是有界队列, 那么当有界队列满时继续提交task时饱和策略会被触发.
如果线程池使用的是同步队列, 那么当线程池无法创建新的线程接手task时饱和策略会被触发.
如果线程池被关闭后, 仍然向其提交task时, 饱和策略也会被触发.
ThreadPoolExecutor.setRejectedExecutionHandler方法用于设定饱和策略. 该方法接受一个RejectedExecutionHandler对象作为参数. RejectedExecutionHandler只定义了一个方法:rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor). rejectedExecution方法在饱和策略被触发时由系统回调.
ThreadPoolExecutor类中预定义了多个RejectedExecutionHandler的实现类: AbortPolicy, CallerRunsPolicy, DiscardPolicy, 和DiscardOldestPolicy.
AbortPolicy是默认的饱和策略, 其rejectedExecution方法为:
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
throw new RejectedExecutionException();
}?
可见默认情况下, 触发饱和策略时将抛出RejectedExecutionException异常.
CallerRunsPolicy. 饱和时将在提交task的线程中执行task, 而不是由线程池中的线程执行:
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
if (!e.isShutdown()) {
r.run();
}
}
使用CallerRunsPolicy的例子:
class LifecycleWebServer {
// MAX_THREAD_COUNT和MAX_QUEUE_COUNT的值根据系统的实际情况确定
private static final int MAX_THREAD_COUNT = 100;
private static final int MAX_QUEUE_COUNT = 1000;
// 使用有界队列作为task队列, 当有界队列满时, 将触发饱和策略
private final ThreadPoolExecutor exec = new ThreadPoolExecutor(0, MAX_THREAD_COUNT, 60L, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<Runnable>(MAX_QUEUE_COUNT));
public void start() throws IOException {
// 设置饱和策略为CallerRunsPolicy
exec.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
ServerSocket socket = new ServerSocket(80);
while (!exec.isShutdown()) {
try {
final Socket conn = socket.accept();
exec.execute(new Runnable() {
public void run() {
handleRequest(conn);
}
});
} catch (RejectedExecutionException e) {
if (!exec.isShutdown())
log("task submission rejected", e);
}
}
}
public void stop() {
exec.shutdown();
}
void handleRequest(Socket connection) {
Request req = readRequest(connection);
if (isShutdownRequest(req))
stop();
else
dispatchRequest(req);
}
public static void main(String[] args) {
LifecycleWebServer server = new LifecycleWebServer();
try {
// 在main线程中启动server
server.start();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}?
LifecycleWebServer中的线程池使用CallerRunsPolicy作为其饱和策略. 如果线程池饱和时main线程仍然向线程池提交task, 那么task将在main中执行. main线程执行task是需要一定时间的, 这样就给了线程池喘息的机会, 而且main线程在执行task的时间内无法接受socket连接, 因此socket连接请求将缓存在tcp层. 如果server过载持续的时间较长, 使得tcp层的缓存不够, 那么tcp缓存将根据其策略丢弃部分请求. 如此一来, 整个系统的过载压力逐步向外扩散: 线程池-线程池中的队列-main线程-tcp层-client. 这样的系统在发生过载时是比较优雅的: 既不会因为过多的请求而导致系统资源耗尽, 也不会一发生过载时就拒绝服务, 只有发生长时间系统过载时才会出现客户端无法连接的情况.
DiscardPolicy. 该策略将最新提交的task丢弃:
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
// 丢弃, 不做任何处理
}?
DiscardOldestPolicy. 该策略丢弃队列中处于对头的task, 且试着再次提交最新的task:
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
if (!e.isShutdown()) {
e.getQueue().poll();
e.execute(r);
}
}?
DiscardOldestPolicy与PriorityBlockingQueue结合使用时可能会造成不好的结果, 因为PriorityBlockingQueue中位于对头的task是优先级最高的task, 发生饱和时反而首先丢弃优先级高的task可能不符合需求.
ThreadPoolExecutor没有提供饱和时阻塞的策略, 不过开发者可以结合Semaphore实现:
public class BoundedExecutor {
private final Executor exec;
private final Semaphore semaphore;
public BoundedExecutor(Executor exec, int bound) {
this.exec = exec;
// 设定信号量permit的上限
this.semaphore = new Semaphore(bound);
}
public void submitTask(final Runnable command) throws InterruptedException {
// 提交task前先申请permit, 如果无法申请到permit, 调用submitTask的线程将被阻塞, 直到有permit可用
semaphore.acquire();
try {
exec.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
command.run();
} finally {
// 提交成功了, 运行task后释放permit
semaphore.release();
}
}
});
} catch (RejectedExecutionException e) {
// 如果没有提交成功, 也需要释放permit
semaphore.release();
}
}
}
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ThreadFactory
在创建ThreadPoolExecutor时还可以为其指定ThreadFactory, 当线程池需要创建新的线程时会调用ThreadFactory的newThread方法. 默认的ThreadFactory创建的线程是nonDaemon, 线程优先级为NORM_PRIORITY的线程, 并且为其指定了可识别的线程名称:
public Thread newThread(Runnable r) {
Thread t = new Thread(group, r, namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(), 0);
if (t.isDaemon())
t.setDaemon(false);
if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)
t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
return t;
}?
开发者可以根据自身需要为ThreadPoolExecutor指定自定义的ThreadFactory. 例如:
public class MyThreadFactory implements ThreadFactory {
private final String poolName;
public MyThreadFactory(String poolName) {
this.poolName = poolName;
}
public Thread newThread(Runnable runnable) {
return new MyAppThread(runnable, poolName);
}
}
public class MyAppThread extends Thread {
public static final String DEFAULT_NAME = "MyAppThread";
private static volatile boolean debugLifecycle = false;
private static final AtomicInteger created = new AtomicInteger();
private static final AtomicInteger alive = new AtomicInteger();
private static final Logger log = Logger.getAnonymousLogger();
public MyAppThread(Runnable r) {
this(r, DEFAULT_NAME);
}
public MyAppThread(Runnable runnable, String name) {
// 为自定义的Thread类指定线程名称
super(runnable, name + "-" + created.incrementAndGet());
// 设置UncaughtExceptionHandler. UncaughtExceptionHandler的uncaughtException方法将在线程运行中抛出未捕获异常时由系统调用
setUncaughtExceptionHandler(new Thread.UncaughtExceptionHandler() {
public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
log.log(Level.SEVERE, "UNCAUGHT in thread " + t.getName(), e);
}
});
}
public void run() {
// Copy debug flag to ensure consistent value throughout.
boolean debug = debugLifecycle;
if (debug)
log.log(Level.FINE, "Created " + getName());
try {
alive.incrementAndGet();
super.run();
} finally {
alive.decrementAndGet();
if (debug)
log.log(Level.FINE, "Exiting " + getName());
}
}
public static int getThreadsCreated() {
return created.get();
}
public static int getThreadsAlive() {
return alive.get();
}
public static boolean getDebug() {
return debugLifecycle;
}
public static void setDebug(boolean b) {
debugLifecycle = b;
}
}
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扩展ThreadPoolExecutor
ThreadPoolExecutor类提供了多个"钩子"方法, 以供其子类实现, 比如beforeExecute, afterExecute, terminated等. 所谓"钩子"是指基类预留的, 但是没有提供具体实现的方法, 其方法体为空. 子类可以根据需要为"钩子"提供具体实现.
beforeExecute和afterExecute方法分别在执行task前后调用:
private void runTask(Runnable task) {
final ReentrantLock runLock = this.runLock;
runLock.lock();
try {
if (runState < STOP && Thread.interrupted() && runState >= STOP)
thread.interrupt();
boolean ran = false;
beforeExecute(thread, task);
try {
task.run();
ran = true;
afterExecute(task, null);
++completedTasks;
} catch (RuntimeException ex) {
if (!ran)
afterExecute(task, ex);
throw ex;
}
} finally {
runLock.unlock();
}
}?
beforeExecute和afterExecute方法可以用于记录日志, 统计数据等操作.
terminated方法在线程池被关闭后调用. terminated方法可以用于释放线程池申请的资源.
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