简介
说明
线程池是Java多线程常用的技术，本文介绍线程池的种类，用示例介绍其用法。
常见线程池种类
种类 | 核心线程数 | 队列长度 | 最大线程数 | 描述 |
固定大小(fixed) | n | 无限 | n（虽然有但实际不起作用） | |
单个(single) | 1 | 无限 | 1 | 只一个线程在工作，相当于单线程顺序串行执行所有任务。 |
定时(scheduled) | n | 无限 | 无限大 | 周期性执行任务 |
缓存(cached) | 0 | 无限 | 无限大 | 动态增删线程数 |
创建的方法
方法 | 作用 | 说明 | ThreadPoolExecutor参数 |
Executors.newFixed ThreadPool | 创建固定大小的线程池。 | 提交一个任务创建一个线程，直到最大数。 线程池数一旦达到最大值就会保持不变。 若某线程因异常而结束，会有新线程替代。 | nThreads, nThreads, //nThreads是传进来的参数 |
Executors.newSingle ThreadExecutor | 创建一个单线程的线程池。 | 只一个线程工作，相当于单线程串行执行。 若此线程因异常而结束，会有新线程替代。 保证任务的执行顺序按任务提交顺序执行。 | 1, 1, |
Executors.newScheduled ThreadPool | 创建一个固定大小的定时线程池。 | 支持定时以及周期性执行任务的需求。 | corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, //corePoolSize是传进来的参数 |
Executors.newSingleThread ScheduledExecutor | 创建一个单线程的定时线程池。 | 支持定时以及周期性执行任务的需求。 | return new DelegatedScheduledExecutorService (newScheduledThreadPoolExecutor(1)); |
Executors.newCached ThreadPool | 创建一个可缓存的线程池。 | 若线程池的数量超过了处理任务所需要的线程，就回收部分空闲（默认60秒不执行任务）的线程。 当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。 | 0, Integer.MAX_VALUE, |
这些方法的返回值是ExecutorService对象，该对象表示一个线程池，可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程。
固定大小(fixed)
简介
execute流程
对上图的说明如下。
- 如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建一个新线程来执行任务。
- 在线程池完成线程的创建之后，将任务加入Linked- BlockingQueue。
- 线程会在一个无限循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。
固定大小的线程池使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列（队列的容量为 Integer.MAX_VALUE）。使用无界队列作为工作队列会对线程池带来如下影响：
- 线程池中的线程数达到corePoolSize后，新任务将在无界队列中等待，因此线程池中的线程数不会超过corePoolSize。
- 由于1，使用无界队列时maximumPoolSize将是一个无效参数。
- 由于1和2，使用无界队列时keepAliveTime将是一个无效参数。
- 由于使用无界队列，运行中的FixedThreadPool（未执行方法shutdown()或 shutdownNow()）不会拒绝任务（不会调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution方法）。
实例
代码
package org.example.a;
import java.util.concurrent.*;
class MyTask implements Runnable {
private int taskNum;
public MyTask(int num) {
this.taskNum = num;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + "正在执行task "+taskNum);
try {
Thread.currentThread().sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + "--执行task "+taskNum + " 完毕!!!");
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
for(int i=0;i<6;i++){
MyTask myTask = new MyTask(i);
executor.execute(myTask);
}
executor.shutdown();
}
}执行结果
pool-1-thread-2 正在执行task 1
pool-1-thread-3 正在执行task 2
pool-1-thread-1 正在执行task 0
pool-1-thread-3 --执行task 2 完毕!!!
pool-1-thread-3 正在执行task 3
pool-1-thread-2 --执行task 1 完毕!!!
pool-1-thread-2 正在执行task 4
pool-1-thread-1 --执行task 0 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 5
pool-1-thread-1 --执行task 5 完毕!!!
pool-1-thread-3 --执行task 3 完毕!!!
pool-1-thread-2 --执行task 4 完毕!!!单个(single)
简介
execute流程
对上图的说明如下。
- 如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建一个新线程来执行任务。
- 在线程池完线程的创建之后，将任务加入Linked- BlockingQueue。
- 线程会在一个无限循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。
实例
代码
package org.example.a;
import java.util.concurrent.*;
class MyTask implements Runnable {
private int taskNum;
public MyTask(int num) {
this.taskNum = num;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + "正在执行task "+taskNum);
try {
Thread.currentThread().sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + "--执行task "+taskNum + " 完毕!!!");
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for(int i=0;i<6;i++){
MyTask myTask = new MyTask(i);
executor.execute(myTask);
}
executor.shutdown();
}
}执行结果
pool-1-thread-1 正在执行task 0
pool-1-thread-1 --执行task 0 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 1
pool-1-thread-1 --执行task 1 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 2
pool-1-thread-1 --执行task 2 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 3
pool-1-thread-1 --执行task 3 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 4
pool-1-thread-1 --执行task 4 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 5
pool-1-thread-1 --执行task 5 完毕!!!定时(scheduled)
其他网址
《Java并发编程之美》=> 第9章 Java 并发包中ScheduledThreadPoolExecutor 原理探究
简介
创建
- ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
- ScheduledThreadPoolExecutor executor = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);
- 此法获得的对象为ScheduledThreadPoolExecutor，它实现了ScheduledExecutorService，继承了ThreadPoolExecutor。所以，它比法1多了ThreadPoolExecutor的一些方法，例如：
- public boolean remove(Runnable task)
- public void purge()
- public int getActiveCount()
方法
方法 | 描述 |
schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit) | 创建任务：在给定延迟后只执行一次。 |
schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit) | 创建任务：在给定延迟后只执行一次。 |
scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay,long period, TimeUnitunit) | 创建任务：固定周期执行。在 initialDelay 后开始执行，然后在initialDelay+period 后执行，接着在 initialDelay + 2 * period 后执行，依此类推。 |
scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay,TimeUnit unit) | 创建任务：上个任务执行完后，固定周期执行。在 initialDelay 后开始执行，运行完后，延时period 后执行，执行完后，再延时 period 后执行，依此类推。 |
ScheduledThreadPoolExecutor与Timer对比
项 | Timer | ScheduledThreadPoolExecutor |
线程数量 | 单线程。 单线程执行所有TimerTask，若某TimerTask任务执行时间比较久，会影响其他任务的调度执行。 | 多线程。 重用线程池，某个ScheduledFutureTask任务执行的时间比较久，不会影响到其他任务的调度执行。 |
系统时间敏感度 | 对操作系统的时间敏感。 基于操作系统的绝对时间，若操作系统的时间改变，则Timer的调度不再精确。 | 不受操作系统时间改变的影响。 基于相对时间的，不受操作系统时间改变的影响。 |
是否捕获异常 | 不捕获TimerTask抛出的异常。 加上Timer又是单线程的。一旦某个调度任务出现异常，则整个线程就终止，其他需要调度的任务也不再执行。 | 不捕获异常。 基于线程池来实现调度功能，某个任务抛出异常后，其他任务仍能正常执行。 |
任务是否具备优先级 | 没有优先级。 只是按照系统的绝对时间来执行任务。 | 有优先级。 ScheduledFutureTask类实现了java.lang.Comparable接口和java.util.concurrent.Delayed接口。Comparable#compareTo方法实现了任务的比较，距离下次执行的时间间隔短的任务会排在前面。而Delayed#getDelay方法：能够返回距离下次任务执行的时间间隔。 |
是否支持对任务排序 | 不支持对任务的排序。 | 支持。 ScheduledThreadPoolExecutor类中定义了一个静态内部类DelayedWorkQueue，它是一个有序队列，为需要调度的每个任务按照距离下次执行时间间隔的大小来排序 |
能否获取返回的结果 | 不能。 TimerTask类只是实现了java.lang.Runnable接口，无法从TimerTask中获取返回的结果。 | 能。 ScheduledFutureTask类继承了FutureTask类，能够通过Future来获取返回的结果。 |
实例(单定时)
示例1：（间隔时间（3s）大于任务的执行时间（1s））
package org.example.a;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.*;
class MyTask implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + "正在执行task");
Thread.currentThread().sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("--执行task " + " 完毕!!!");
}
}
public class Demo {
ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
executor.scheduleAtFixedRate(new MyTask(), 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
// executor.scheduleWithFixedRate(new MyTask(), 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
//不能加这句
//executor.shutdown();
}
}运行结果
scheduleAtFixedRate：可见，每3秒运行一次
22:54:15 正在执行task
--执行task 完毕!!!
22:54:18 正在执行task
--执行task 完毕!!!
22:54:21 正在执行task
--执行task 完毕!!!
22:54:24 正在执行task
--执行task 完毕!!!
22:54:27 正在执行task
--执行task 完毕!!!
22:54:30 正在执行task
--执行task 完毕!!!
22:54:33 正在执行task
--执行task 完毕!!!
scheduleWithFixedRate：可见，每4秒运行一次
23:04:08 正在执行task
--执行task 完毕!!!
23:04:12 正在执行task
--执行task 完毕!!!
23:04:16 正在执行task
--执行task 完毕!!!
23:04:20 正在执行task
--执行task 完毕!!!
23:04:24 正在执行task
--执行task 完毕!!!
23:04:28 正在执行task
示例2 ：（间隔时间（3s）小于任务的执行时间（4s））
package org.example.a;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.*;
class MyTask implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + "正在执行task");
Thread.currentThread().sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("--执行task " + " 完毕!!!");
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
executor.scheduleAtFixedDelay(new MyTask(), 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
//executor.scheduleWithFixedDelay(new MyTask(), 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
//这句不要写
//executor.shutdown();
}
}
运行结果
scheduleAtFixedRate：可见，此时间隔时间失效，会以任务执行时间为准。上一个任务一结束就开始下一个任务
22:58:53 正在执行task
--执行task 完毕!!!
22:58:57 正在执行task
--执行task 完毕!!!
22:59:01 正在执行task
--执行task 完毕!!!
22:59:05 正在执行task
--执行task 完毕!!!
22:59:09 正在执行task
--执行task 完毕!!!
scheduleWithFixedRate：
23:08:31 正在执行task
--执行task 完毕!!!
23:08:38 正在执行task
--执行task 完毕!!!
23:08:45 正在执行task
--执行task 完毕!!!
23:08:52 正在执行task
--执行task 完毕!!!
23:08:59 正在执行task
--执行task 完毕!!!
异常处理
若程序中捕获了异常，则不影响下一个任务执行，若不捕获，则会影响下一个任务执行。
示例1：不捕获异常
package org.example.a;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.*;
class MyTask implements Runnable {
int i = 0;
int[] a = {1, 2, 3};
@Override
public void run() {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + "正在执行task");
System.out.println(a[i++]);
System.out.println("-------------------执行task " + " 完毕!!!");
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
executor.scheduleWithFixedDelay(new MyTask(), 0, 1, TimeUnit.SECONDS);
//这句不要写
//executor.shutdown();
}
}23:15:28 正在执行task
1
-------------------执行task 完毕!!!
23:15:29 正在执行task
2
-------------------执行task 完毕!!!
23:15:30 正在执行task
3
-------------------执行task 完毕!!!
23:15:31 正在执行task示例2：捕获异常
package org.example.a;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.*;
class MyTask implements Runnable {
int i = 0;
int[] a = {1, 2, 3};
@Override
public void run() {
try {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + "正在执行task");
System.out.println(a[i++]);
System.out.println("-------------------执行task " + " 完毕!!!");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
executor.scheduleWithFixedDelay(new MyTask(), 0, 1, TimeUnit.SECONDS);
//这句不要写
//executor.shutdown();
}
}执行结果（一直往下执行）
23:17:10 正在执行task
1
-------------------执行task 完毕!!!
23:17:11 正在执行task
2
-------------------执行task 完毕!!!
23:17:12 正在执行task
3
-------------------执行task 完毕!!!
23:17:13 正在执行task
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
at org.example.a.MyTask.run(Demo.java:15)
at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511)
at java.util.concurrent.FutureTask.runAndReset(FutureTask.java:308)
at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.access$301(ScheduledThreadPoolExecutor.java:180)
at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.run(ScheduledThreadPoolExecutor.java:294)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
23:17:14 正在执行task
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 4
at org.example.a.MyTask.run(Demo.java:15)
at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511)
at java.util.concurrent.FutureTask.runAndReset(FutureTask.java:308)
at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.access$301(ScheduledThreadPoolExecutor.java:180)
at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.run(ScheduledThreadPoolExecutor.java:294)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
23:17:15 正在执行task
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 5
at org.example.a.MyTask.run(Demo.java:15)
at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511)
at java.util.concurrent.FutureTask.runAndReset(FutureTask.java:308)
at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.access$301(ScheduledThreadPoolExecutor.java:180)
at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.run(ScheduledThreadPoolExecutor.java:294)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)缓存(cached)
简介
CachedThreadPool的execute流程
对上图的说明如下。
首先执行SynchronousQueue.offer(Runnable task)。如果当前maximumPool中有空闲线程正在执行
SynchronousQueue.poll(keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS)，那么主线程执行offer操作与空闲线程执行的poll操作配对成功，主线程把任务交给空闲线程执行，execute()方法执行完成；否则执行下面的步骤
当初始maximumPool为空，或者maximumPool中当前没有空闲线程时，将没有线程执行
SynchronousQueue.poll(keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS)。这种情况下，步骤（1）将失败。此时CachedThreadPool会创建一个新线程执行任务，execute()方法执行完成。
在步骤（2）中新创建的线程将任务执行完后，会执行 SynchronousQueue.poll(keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS)。这个poll操作会让空闲线程最多在SynchronousQueue中等待60秒钟。如果60秒钟内主线程提交了一个新任务（主线程执行步骤（1）），那么这个空闲线程将执行主线程提交的新任务；否则，这个空闲线程将终止。由于空闲60秒的空闲线程会被终止，因此长时间保持空闲的CachedThreadPool不会使用任何资源。
前面提到过，SynchronousQueue是一个没有容量的阻塞队列。每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作，反之亦然。CachedThreadPool使用SynchronousQueue，把主线程提交的任务传递给空闲线程执行。CachedThreadPool中任务传递的示意图如图所示。
CachedThreadPool是一个会根据需要创建新线程的线程池。下面是创建CachedThreadPool的源代码。
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue());
}CachedThreadPool的corePoolSize被设置为0，即corePool为空；maximumPoolSize被设置为 Integer.MAX_VALUE，即maximumPool是无界的。这里把keepAliveTime设置为60L，意味着 CachedThreadPool中的空闲线程等待新任务的最长时间为60秒，空闲线程超过60秒后将会被终止。
FixedThreadPool和SingleThreadExecutor使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列。CachedThreadPool使用没有容量的SynchronousQueue作为线程池的工作队列，但 CachedThreadPool的maximumPool是无界的。这意味着，如果主线程提交任务的速度高于 maximumPool中线程处理任务的速度时，CachedThreadPool会不断创建新线程。极端情况下， CachedThreadPool会因为创建过多线程而耗尽CPU和内存资源。
