1. 為什么使用線程池
諸如 Web 服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、文件服務(wù)器或郵件服務(wù)器之類的許多服務(wù)器應(yīng)用程序都面向處理來自某些遠(yuǎn)程來源的大量短小的任務(wù)。請(qǐng)求以某種方式到達(dá)服務(wù)器，這種方式可能是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（例如 HTTP、FTP 或 POP）、通過 JMS 隊(duì)列或者可能通過輪詢數(shù)據(jù)庫。不管請(qǐng)求如何到達(dá)，服務(wù)器應(yīng)用程序中經(jīng)常出現(xiàn)的情況是：單個(gè)任務(wù)處理的時(shí)間很短而請(qǐng)求的數(shù)目卻是巨大的。
構(gòu)建服務(wù)器應(yīng)用程序的一個(gè)簡單模型是：每當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求到達(dá)就創(chuàng)建一個(gè)新線程，然后在新線程中為請(qǐng)求服務(wù)。實(shí)際上對(duì)于原型開發(fā)這種方法工作得很好，但如果試圖部署以這種方式運(yùn)行的服務(wù)器應(yīng)用程序，那么這種方法的嚴(yán)重不足就很明顯。每個(gè)請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)線程（thread-per-request）方法的不足之一是：為每個(gè)請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)新線程的開銷很大；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。
除了創(chuàng)建和銷毀線程的開銷之外，活動(dòng)的線程也消耗系統(tǒng)資源。在一個(gè) JVM 里創(chuàng)建太多的線程可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)由于過度消耗內(nèi)存而用完內(nèi)存或“切換過度”。為了防止資源不足，服務(wù)器應(yīng)用程序需要一些辦法來限制任何給定時(shí)刻處理的請(qǐng)求數(shù)目。
線程池為線程生命周期開銷問題和資源不足問題提供了解決方案。通過對(duì)多個(gè)任務(wù)重用線程，線程創(chuàng)建的開銷被分?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，所以無意中也消除了線程創(chuàng)建所帶來的延遲。這樣，就可以立即為請(qǐng)求服務(wù)，使應(yīng)用程序響應(yīng)更快。而且，通過適當(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)，我們就說這組進(jìn)程或線程 死鎖了。死鎖的最簡單情形是：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]有未被占用的線程而不能運(yùn)行。當(dāng)線程池被用來實(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）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 并發(fā)錯(cuò)誤
線程池和其它排隊(duì)機(jī)制依靠使用 wait() 和 notify() 方法，這兩個(gè)方法都難于使用。如果編碼不正確，那么可能丟失通知，導(dǎo)致線程保持空閑狀態(tài)，盡管隊(duì)列中有工作要處理。使用這些方法時(shí)，必須格外小心。而最好使用現(xiàn)有的、已經(jīng)知道能工作的實(shí)現(xiàn)，例如 util.concurrent 包。
2.4 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]有可用的線程來處理任務(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。
2.5 請(qǐng)求過載
僅僅是請(qǐng)求就壓垮了服務(wù)器，這種情況是可能的。在這種情形下，我們可能不想將每個(gè)到來的請(qǐng)求都排隊(duì)到我們的工作隊(duì)列，因?yàn)榕旁陉?duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)可能會(huì)消耗太多的系統(tǒng)資源并引起資源缺乏。在這種情形下決定如何做取決于您自己；在某些情況下，您可以簡單地拋棄請(qǐng)求，依靠更高級(jí)別的協(xié)議稍后重試請(qǐng)求，您也可以用一個(gè)指出服務(wù)器暫時(shí)很忙的響應(yīng)來拒絕請(qǐng)求。
3. 有效使用線程池的準(zhǔn)則
只要您遵循幾條簡單的準(zhǔn)則，線程池可以成為構(gòu)建服務(wù)器應(yīng)用程序的極其有效的方法：
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)又無法執(zhí)行，因?yàn)樗械木€程都很忙。
在為時(shí)間可能很長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。幸運(yùn)的是，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用程序來說，太多和太少之間的余地相當(dāng)寬。
請(qǐng)回憶：在應(yīng)用程序中使用線程有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)，盡管在等待諸如 I/O 的慢操作，但允許繼續(xù)進(jìn)行處理，并且可以利用多處理器。在運(yùn)行于具有 N 個(gè)處理器機(jī)器上的計(jì)算限制的應(yīng)用程序中，在線程數(shù)目接近 N 時(shí)添加額外的線程可能會(huì)改善總處理能力，而在線程數(shù)目超過 N 時(shí)添加額外的線程將不起作用。事實(shí)上，太多的線程甚至?xí)档托阅埽驗(yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致額外的環(huán)境切換開銷。
線程池的最佳大小取決于可用處理器的數(shù)目以及工作隊(duì)列中的任務(wù)的性質(zhì)。若在一個(gè)具有 N 個(gè)處理器的系統(tǒng)上只有一個(gè)工作隊(duì)列，其中全部是計(jì)算性質(zhì)的任務(wù)，在線程池具有 N 或 N+1 個(gè)線程時(shí)一般會(huì)獲得最大的 CPU 利用率。
對(duì)于那些可能需要等待 I/O 完成的任務(wù)（例如，從套接字讀取 HTTP 請(qǐng)求的任務(wù)），需要讓池的大小超過可用處理器的數(shù)目，因?yàn)椴⒉皇撬芯€程都一直在工作。通過使用概要分析，您可以估計(jì)某個(gè)典型請(qǐng)求的等待時(shí)間（WT）與服務(wù)時(shí)間（ST）之間的比例。如果我們將這一比例稱之為 WT/ST，那么對(duì)于一個(gè)具有 N 個(gè)處理器的系統(tǒng)，需要設(shè)置大約 N*(1+WT/ST) 個(gè)線程來保持處理器得到充分利用。
處理器利用率不是調(diào)整線程池大小過程中的唯一考慮事項(xiàng)。隨著線程池的增長，您可能會(huì)碰到調(diào)度程序、可用內(nèi)存方面的限制，或者其它系統(tǒng)資源方面的限制，例如套接字、打開的文件句柄或數(shù)據(jù)庫連接等的數(shù)目。
5. 常用的幾種線程池
5.1 newCachedThreadPool
創(chuàng)建一個(gè)可緩存線程池，如果線程池長度超過處理需要，可靈活回收空閑線程，若無可回收，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。
• 如果長時(shí)間沒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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
|
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); } }); } }} |
5.1 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)所耗的開銷的優(yōu)點(diǎn)。但是，在線程池空閑時(shí)，即線程池中沒有可運(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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
|
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，所以每兩秒打印3個(gè)數(shù)字。
定長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()。
5.1 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執(zhí)行任務(wù)，它只會(huì)用唯一的工作線程來執(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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
|
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(); } } }); } }} |
5.1 newScheduleThreadPool
創(chuàng)建一個(gè)定長的線程池，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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
|
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：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
|
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); }} |
以上這篇淺談java常用的幾種線程池比較就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持服務(wù)器之家。
