Java四種常用線程池的詳細介紹

2024-07-14 08:43:45

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一. 線程池簡介

1. 線程池的概念：

線程池就是首先創建一些線程，它們的集合稱為線程池。使用線程池可以很好地提高性能，線程池在系統啟動時即創建大量空閑的線程，程序將一個任務傳給線程池，線程池就會啟動一條線程來執行這個任務，執行結束以后，該線程并不會死亡，而是再次返回線程池中成為空閑狀態，等待執行下一個任務。

2. 線程池的工作機制

2.1 在線程池的編程模式下，任務是提交給整個線程池，而不是直接提交給某個線程，線程池在拿到任務后，就在內部尋找是否有空閑的線程，如果有，則將任務交給某個空閑的線程。

2.2 一個線程同時只能執行一個任務，但可以同時向一個線程池提交多個任務。

3. 使用線程池的原因：

多線程運行時間，系統不斷的啟動和關閉新線程，成本非常高，會過渡消耗系統資源，以及過渡切換線程的危險，從而可能導致系統資源的崩潰。這時，線程池就是最好的選擇了。

二. 四種常見的線程池詳解

1. 線程池的返回值ExecutorService簡介：

ExecutorService是Java提供的用于管理線程池的類。該類的兩個作用：控制線程數量和重用線程

2. 具體的4種常用的線程池實現如下：（返回值都是ExecutorService）

2.1 Executors.newCacheThreadPool()：可緩存線程池，先查看池中有沒有以前建立的線程，如果有，就直接使用。如果沒有，就建一個新的線程加入池中，緩存型池子通常用于執行一些生存期很短的異步型任務

示例代碼：

package com.study.test;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;public class ThreadPoolExecutorTest {  public static void main(String[] args) {   //創建一個可緩存線程池   ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();   for (int i = 0; i < 10; i++) {     try {       //sleep可明顯看到使用的是線程池里面以前的線程，沒有創建新的線程       Thread.sleep(1000);     } catch (InterruptedException e) {       e.printStackTrace();      }     cachedThreadPool.execute(new Runnable() {       public void run() {    //打印正在執行的緩存線程信息          System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被執行");       }      });    }  }}

輸出結果：

pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行

線程池為無限大，當執行當前任務時上一個任務已經完成，會復用執行上一個任務的線程，而不用每次新建線程

2.2 Executors.newFixedThreadPool(int n)：創建一個可重用固定個數的線程池，以共享的無界隊列方式來運行這些線程。

示例代碼：

package com.study.test;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;public class ThreadPoolExecutorTest { public static void main(String[] args) {    //創建一個可重用固定個數的線程池    ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);    for (int i = 0; i < 10; i++) {     fixedThreadPool.execute(new Runnable() {        public void run() {          try {           //打印正在執行的緩存線程信息           System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被執行");           Thread.sleep(2000);         } catch (InterruptedException e) {           e.printStackTrace();          }        }     });    }  }}

輸出結果：

pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-2正在被執行
pool-1-thread-3正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-2正在被執行
pool-1-thread-3正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行
pool-1-thread-2正在被執行
pool-1-thread-3正在被執行
pool-1-thread-1正在被執行

因為線程池大小為3，每個任務輸出打印結果后sleep 2秒，所以每兩秒打印3個結果。

定長線程池的大小最好根據系統資源進行設置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

2.3 Executors.newScheduledThreadPool(int n)：創建一個定長線程池，支持定時及周期性任務執行

延遲執行示例代碼：

package com.study.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) {    //創建一個定長線程池，支持定時及周期性任務執行——延遲執行    ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);    //延遲1秒執行    scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {      public void run() {        System.out.println("延遲1秒執行");      }    }, 1, TimeUnit.SECONDS);   }}

輸出結果：

延遲1秒執行

定期執行示例代碼：

package com.study.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) {    //創建一個定長線程池，支持定時及周期性任務執行——定期執行    ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);    //延遲1秒后每3秒執行一次    scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {       public void run() {        System.out.println("延遲1秒后每3秒執行一次");      }    }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);  }}

輸出結果：

延遲1秒后每3秒執行一次
延遲1秒后每3秒執行一次
.............

2.4 Executors.newSingleThreadExecutor()：創建一個單線程化的線程池，它只會用唯一的工作線程來執行任務，保證所有任務按照指定順序(FIFO, LIFO, 優先級)執行。

示例代碼：

package com.study.test;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;public class TestThreadPoolExecutor {  public static void main(String[] args) {    //創建一個單線程化的線程池    ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();    for (int i = 0; i < 10; i++) {      final int index = i;       singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {        public void run() {          try {            //結果依次輸出，相當于順序執行各個任務            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被執行,打印的值是:"+index);            Thread.sleep(1000);          } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();          }        }       });    }   }}

輸出結果：

pool-1-thread-1正在被執行,打印的值是:0
pool-1-thread-1正在被執行,打印的值是:1
pool-1-thread-1正在被執行,打印的值是:2
pool-1-thread-1正在被執行,打印的值是:3
pool-1-thread-1正在被執行,打印的值是:4
pool-1-thread-1正在被執行,打印的值是:5
pool-1-thread-1正在被執行,打印的值是:6
pool-1-thread-1正在被執行,打印的值是:7
pool-1-thread-1正在被執行,打印的值是:8
pool-1-thread-1正在被執行,打印的值是:9

三. 緩沖隊列BlockingQueue和自定義線程池ThreadPoolExecutor

1. 緩沖隊列BlockingQueue簡介：

BlockingQueue是雙緩沖隊列。BlockingQueue內部使用兩條隊列，允許兩個線程同時向隊列一個存儲，一個取出操作。在保證并發安全的同時，提高了隊列的存取效率。

2. 常用的幾種BlockingQueue：

ArrayBlockingQueue（int i）:規定大小的BlockingQueue，其構造必須指定大小。其所含的對象是FIFO順序排序的。
LinkedBlockingQueue（）或者（int i）:大小不固定的BlockingQueue，若其構造時指定大小，生成的BlockingQueue有大小限制，不指定大小，其大小有Integer.MAX_VALUE來決定。其所含的對象是FIFO順序排序的。
PriorityBlockingQueue（）或者（int i）:類似于LinkedBlockingQueue，但是其所含對象的排序不是FIFO，而是依據對象的自然順序或者構造函數的Comparator決定。
SynchronizedQueue（）:特殊的BlockingQueue，對其的操作必須是放和取交替完成。

3. 自定義線程池（ThreadPoolExecutor和BlockingQueue連用）：

自定義線程池，可以用ThreadPoolExecutor類創建，它有多個構造方法來創建線程池。

常見的構造函數：ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue)

示例代碼：

package com.study.test;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;import java.util.concurrent.BlockingQueue;import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;import java.util.concurrent.TimeUnit;class TempThread implements Runnable {  @Override  public void run() {    // 打印正在執行的緩存線程信息    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在被執行");     try {      // sleep一秒保證3個任務在分別在3個線程上執行      Thread.sleep(1000);     } catch (InterruptedException e) {       e.printStackTrace();    }   } }public class TestThreadPoolExecutor {  public static void main(String[] args) {    // 創建數組型緩沖等待隊列    BlockingQueue<Runnable> bq = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10);    // ThreadPoolExecutor:創建自定義線程池，池中保存的線程數為3，允許最大的線程數為6    ThreadPoolExecutor tpe = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 50, TimeUnit.MILLISECONDS, bq);    // 創建3個任務     Runnable t1 = new TempThread();     Runnable t2 = new TempThread();     Runnable t3 = new TempThread();     // Runnable t4 = new TempThread();     // Runnable t5 = new TempThread();     // Runnable t6 = new TempThread();      // 3個任務在分別在3個線程上執行     tpe.execute(t1);     tpe.execute(t2);     tpe.execute(t3);     // tpe.execute(t4);     // tpe.execute(t5);     // tpe.execute(t6);      // 關閉自定義線程池     tpe.shutdown();   }}

輸出結果：