JUC学习之共享模型之工具
- 线程池
- 1. 自定义线程池
- ThreadPoolExecutor
- newFixedThreadPool----固定大小的线程池
- 自定义线程工厂
- newCachedThreadPool
- newSingleThreadExecutor
- 提交任务相关的方法
- submit方法
- invokeAll方法
- invokeAny方法
- 关闭线程池
- shutdown
- shutdownNow
- 其它方法
- 使用演示
- 异步模式之工作线程
- 1. 定义
- 2. 饥饿
- 创建多少线程池合适
- CPU 密集型运算
- I/O 密集型运算
- 任务调度线程池
- ScheduledExecutorService
- scheduleAtFixedRate
- scheduleWithFixedDelay
- scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay 的区别
- 正确处理执行任务异常
- 方法1：主动捉异常
- 方法2：使用 Future
- 定期执行
- Tomcat 线程池
- Connector 配置
- Executor 线程配置
- Fork/Join
- 概念
- 使用
线程池
1. 自定义线程池
步骤1：自定义拒绝策略接口
代码语言：javascript复制package Pool;
@FunctionalInterface // 拒绝策略
interface RejectPolicy<T>
{
void reject(BlockingQueue<T> queue, T task);
}步骤2：自定义任务队列
代码语言：javascript复制package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
//阻塞队列
//TODO:泛型可以扩展阻塞队列的扩展性
@Slf4j
public class BlockingQueue<T>
{
//1.任务队列
private Deque<T> deque=new ArrayDeque<>();
//2.锁
private ReentrantLock lock=new ReentrantLock();
//3.生产者条件变量
private Condition fullWaitSet=lock.newCondition();
//4.消费者条件变量
private Condition emptyWaitSet=lock.newCondition();
//5.容量
private int capcity;
public BlockingQueue(int capcity)
{
this.capcity = capcity;
}
//带超时的阻塞获取----从队列头部获取一个任务
public T poll(long timeout, TimeUnit timeUnit)
{
//先上锁
lock.lock();
try {
//将timeout统一转换为纳秒
long nanos = timeUnit.toNanos(timeout);
//TODO:队列为空陷入超时等待，否则返回一个任务
while(deque.isEmpty())
{
try {
//等待超时
if(nanos<=0)
{
return null;
}
//返回剩余等待时间
//TODO:这里之所以会返回一个剩余时间，是因为存在被唤醒后抢不到锁的可能,因此会再次陷入休眠等待
nanos = emptyWaitSet.awaitNanos(nanos);
}
catch (InterruptedException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
//返回任务
T first = deque.removeFirst();
//唤醒等待中的生产者线程
fullWaitSet.signal();
return first;
}
finally
{
//解锁
lock.unlock();
}
}
//阻塞获取任务---无限等待,直到被唤醒
public T take()
{
//加锁
lock.lock();
try
{
//当前没有任务
while(deque.isEmpty())
{
try
{
emptyWaitSet.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//返回任务
T first = deque.removeFirst();
//唤醒等待中的生产者线程
fullWaitSet.signal();
return first;
}
finally
{
//解锁
lock.unlock();
}
}
//阻塞添加
public void put(T task)
{
lock.lock();
try
{
//队列满了
while(deque.size()==capcity)
{
try
{
log.debug("等待加入任务队列 {}...",task);
fullWaitSet.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//当前队列未满
log.debug("加入队列 {}",task);
//加入队列尾部
deque.addLast(task);
//唤醒等待中的消费者线程
emptyWaitSet.signal();
}
finally
{
lock.unlock();
}
}
//带超时的阻塞添加
public boolean offer(T task,long timeout,TimeUnit timeUnit)
{
lock.lock();
try{
long nanos = timeUnit.toNanos(timeout);
while(deque.size()==capcity)
{
if(nanos<=0)
return false;
log.debug("等待加入的任务队列 {} ...",task);
try {
nanos = fullWaitSet.awaitNanos(nanos);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
log.debug("加入任务队列 {}",task);
deque.addLast(task);
emptyWaitSet.signal();
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public int size()
{
lock.lock();
try{
return deque.size();
}
finally {
lock.unlock();
}
}
public void tryPut(RejectPolicy<T> rejectPolicy,T task)
{
lock.lock();
try
{
//判断队列是否满了
if(deque.size()==capcity)
{
//采用指定的拒绝策略
rejectPolicy.reject(this,task);
}else
{
//有空闲
log.debug("加入任务队列 {}",task);
deque.addLast(task);
emptyWaitSet.signal();
}
}finally {
lock.unlock();
}
}
}步骤3：自定义线程池
代码语言：javascript复制package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.HashSet;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
//线程池
@Slf4j
public class ThreadPool
{
//任务队列
private BlockingQueue<Runnable> taskQueue;
//线程集合
private HashSet<Worker> workers=new HashSet<>();
//核心线程数
private int coreSize;
//获取任务的超时时间
private long timeout;
//超时时间单位
private TimeUnit timeUnit;
//拒绝策略
private RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy;
//执行任务
public void execute(Runnable task)
{
//当任务数没有超过coreSize时，直接交给worker对象执行
//如果任务数超过coreSize时，加入任务队列暂存
if(workers.size()<coreSize)
{
Worker worker=new Worker(task);
log.debug("新增worker{},{}",worker,task);
workers.add(worker);
worker.start();
}
else
{
// taskQueue.put(task);
// 1) 死等
// 2) 带超时等待
// 3) 让调用者放弃任务执行
// 4) 让调用者抛出异常
// 5) 让调用者自己执行任务
taskQueue.tryPut(rejectPolicy, task);
}
}
public ThreadPool(int coreSize, long timeout, TimeUnit timeUnit, int queueCapcity,
RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy) {
this.coreSize = coreSize;
this.timeout = timeout;
this.timeUnit = timeUnit;
this.taskQueue = new BlockingQueue<>(queueCapcity);
this.rejectPolicy = rejectPolicy;
}
public class Worker extends Thread
{
private Runnable task;
public Worker(Runnable task) {
this.task = task;
}
@Override
public void run() {
// 执行任务
// 1) 当 task 不为空，执行任务
// 2) 当 task 执行完毕，再接着从任务队列获取任务并执行
// while(task != null || (task = taskQueue.take()) != null) {
while(task != null || (task = taskQueue.poll(timeout, timeUnit)) != null) {
try {
log.debug("正在执行...{}", task);
task.run();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
task = null;
}
}
synchronized (workers) {
log.debug("worker 被移除{}", this);
workers.remove(this);
}
}
}
}步骤4：测试
代码语言：javascript复制package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@Slf4j
public class Test
{
public static void main(String[] args) {
ThreadPool threadPool = new ThreadPool(1,
1000, TimeUnit.MILLISECONDS, 1, (queue, task)->{
// 1. 死等
// queue.put(task);
// 2) 带超时等待
// queue.offer(task, 1500, TimeUnit.MILLISECONDS);
// 3) 让调用者放弃任务执行
// log.debug("放弃{}", task);
// 4) 让调用者抛出异常
// throw new RuntimeException("任务执行失败 " task);
// 5) 让调用者自己执行任务
task.run();
});
for (int i = 0; i < 4; i ) {
int j = i;
threadPool.execute(() -> {
try {
Thread.sleep(1000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
log.debug("{}", j);
});
}
}
}ThreadPoolExecutor
- 线程池状态
ThreadPoolExecutor 使用 int 的高 3 位来表示线程池状态，低 29 位表示线程数量
从数字上比较，TERMINATED > TIDYING > STOP > SHUTDOWN > RUNNING
最高位是符号位，1表示负数，0表示整数
这些信息存储在一个原子变量 ctl 中，目的是将线程池状态与线程个数合二为一，这样就可以用一次 cas 原子操作进行赋值
代码语言：javascript复制// c 为旧值， ctlOf 返回结果为新值
ctl.compareAndSet(c, ctlOf(targetState, workerCountOf(c))));
// rs 为高 3 位代表线程池状态， wc 为低 29 位代表线程个数，ctl 是合并它们
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }- 构造方法
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)- corePoolSize 核心线程数目 (最多保留的线程数)
- maximumPoolSize 最大线程数目
- keepAliveTime 生存时间 - 针对救急线程
- unit 时间单位 - 针对救急线程
- workQueue 阻塞队列
- threadFactory 线程工厂 - 可以为线程创建时起个好名字
- handler 拒绝策略
工作方式：
- 线程池中刚开始没有线程，当一个任务提交给线程池后，线程池会创建一个新线程来执行任务。
- 当线程数达到 corePoolSize 并没有线程空闲，这时再加入任务，新加的任务会被加入workQueue 队列排 队，直到有空闲的线程。
- 如果队列选择了有界队列，那么任务超过了队列大小时，会创建 maximumPoolSize - corePoolSize 数目的线 程来救急。
- 如果线程到达 maximumPoolSize 仍然有新任务这时会执行拒绝策略。拒绝策略 jdk 提供了 4 种实现，其它 著名框架也提供了实现
- AbortPolicy 让调用者抛出 RejectedExecutionException 异常，这是默认策略
- CallerRunsPolicy 让调用者运行任务
- DiscardPolicy 放弃本次任务
- DiscardOldestPolicy 放弃队列中最早的任务，本任务取而代之
- Dubbo 的实现，在抛出 RejectedExecutionException 异常之前会记录日志，并 dump 线程栈信息，方 便定位问题
- Netty 的实现，是创建一个新线程来执行任务
- ActiveMQ 的实现，带超时等待（60s）尝试放入队列，类似我们之前自定义的拒绝策略
- PinPoint 的实现，它使用了一个拒绝策略链，会逐一尝试策略链中每种拒绝策略
- 当高峰过去后，超过corePoolSize 的救急线程如果一段时间没有任务做，需要结束节省资源，这个时间由 keepAliveTime 和 unit 来控制
根据这个构造方法，JDK Executors 类中提供了众多工厂方法来创建各种用途的线程池
newFixedThreadPool----固定大小的线程池
代码语言：javascript复制 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
可以看到newFixedThreadPool底层还是通过ThreadPoolExecutor的构造参数传递不同参数实现
注意这里ThreadPoolExecutor返回的是线程池对象
特点
- 核心线程数 == 最大线程数（没有救急线程被创建），因此也无需超时时间
- 阻塞队列是无界的，可以放任意数量的任务
代码语言：javascript复制评价 适用于任务量已知，相对耗时的任务
package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
@Slf4j
public class Test
{
public static void main(String[] args)
{
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
executorService.execute(()->{
log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());
log.debug("鸡汤来喽.....");
});
executorService.execute(()->{
log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());
log.debug("啊哈哈哈哈哈哈...");
});
executorService.execute(()->{
log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());
log.debug("代号: 穿山甲");
});
}
}
具体如何结束运行的核心线程，请看下面结束线程的部分
线程名称依赖于线程工厂来实现，jdk提供了线程工厂的默认实现
自定义线程工厂
代码语言：javascript复制package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
@Slf4j
public class Test
{
public static void main(String[] args)
{
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2, new ThreadFactory() {
private AtomicInteger atomicInteger=new AtomicInteger(1);
@Override
public Thread newThread(Runnable r) {
return new Thread(r,"myPool " atomicInteger.getAndIncrement());
}
});
executorService.execute(()->{
log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());
log.debug("鸡汤来喽.....");
});
executorService.execute(()->{
log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());
log.debug("啊哈哈哈哈哈哈...");
});
executorService.execute(()->{
log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());
log.debug("代号: 穿山甲");
});
}
}
newCachedThreadPool
代码语言：javascript复制 public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}特点
- 核心线程数是 0， 最大线程数是 Integer.MAX_VALUE，救急线程的空闲生存时间是 60s，意味着全部都是救急线程（60s 后可以回收）
- 救急线程可以无限创建
- 队列采用了 SynchronousQueue 实现特点是，它没有容量，没有线程来取是放不进去的（一手交钱、一手交货）
package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import static java.lang.Thread.sleep;
@Slf4j
public class Test
{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
SynchronousQueue<Integer> integers = new SynchronousQueue<>();
new Thread(() -> {
try {
log.debug("putting {} ", 1);
integers.put(1);
log.debug("{} putted...", 1);
log.debug("putting...{} ", 2);
integers.put(2);
log.debug("{} putted...", 2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"t1").start();
sleep(1);
new Thread(() -> {
try {
log.debug("taking {}", 1);
integers.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"t2").start();
sleep(1);
new Thread(() -> {
try {
log.debug("taking {}", 2);
integers.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"t3").start();
}
}输出
代码语言：javascript复制11:48:15.500 c.TestSynchronousQueue [t1] - putting 1
11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue [t2] - taking 1
11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue [t1] - 1 putted...
11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue [t1] - putting...2
11:48:17.502 c.TestSynchronousQueue [t3] - taking 2
11:48:17.503 c.TestSynchronousQueue [t1] - 2 putted...评价 整个线程池表现为线程数会根据任务量不断增长，没有上限，当任务执行完毕，空闲 1分钟后释放线程。 适合任务数比较密集，但每个任务执行时间较短的情况
newSingleThreadExecutor
代码语言：javascript复制 public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}使用场景：
- 希望多个任务排队执行。线程数固定为 1，任务数多于 1 时，会放入无界队列排队。任务执行完毕，这唯一的线程 也不会被释放。
区别：
- 自己创建一个单线程串行执行任务，
如果任务执行失败而终止那么没有任何补救措施，而线程池还会新建一个线程，保证池的正常工作
package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
import static java.lang.Thread.sleep;
@Slf4j
public class Test
{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
executorService.execute(()->{
log.debug("当前线程:" Thread.currentThread().getName());
int i=1/0;
});
executorService.execute(()->{
log.debug("当前线程:" Thread.currentThread().getName());
System.out.println("鸡汤来喽....");
});
executorService.execute(()->{
log.debug("当前线程:" Thread.currentThread().getName());
System.out.println("我非常的相信");
});
}
}
- Executors.newSingleThreadExecutor() 线程个数始终为1，不能修改
FinalizableDelegatedExecutorService 应用的是装饰器模式，只对外暴露了 ExecutorService 接口，因此不能调用 ThreadPoolExecutor 中特有的方法
FinalizableDelegatedExecutorService继承至父类DelegatedExecutorService
这里返回的对象强制类型转换后，也无法转换为ThreadPoolExecutor
- Executors.newFixedThreadPool(1) 初始时为1，以后还可以修改
对外暴露的是 ThreadPoolExecutor 对象，可以强转后调用 setCorePoolSize 等方法进行修改
提交任务相关的方法
代码语言：javascript复制// 执行任务
void execute(Runnable command);
// 提交任务 task，用返回值 Future 获得任务执行结果
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
// 提交 tasks 中所有任务
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
throws InterruptedException;
// 提交 tasks 中所有任务，带超时时间
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException;
// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
throws InterruptedException, ExecutionException;
// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消，带超时时间
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,
long timeout, TimeUnit unit)
throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;submit方法
代码语言：javascript复制Callable与Runnable的区别: Callable有返回结果并且可以跑出异常，Runnable没有
future是JDK提供的，通过保护性暂停模式实现的guardObject对象，用来在主线程中接收线程池中返回的结果
package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.*;
@Slf4j
public class Test
{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
//TODO:callable的泛型String确定了返回的返回结果的类型
Future<String> ret = executorService.submit(new Callable<String>() {
@Override
public String call() throws Exception {
log.debug("当前线程{}",Thread.currentThread().getName());
return "ok";
}
});
String s = ret.get();
System.out.println("返回的结果为: " s);
}
}
invokeAll方法
代码语言：javascript复制package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
@Slf4j
public class Test
{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
List<Future<Object>> futures = executorService.invokeAll(Arrays.asList(() -> {
log.debug("鸡汤来喽");
return 1;
}, () -> {
log.debug("王大队长，就喜欢开玩笑");
return 2;
}));
futures.forEach(x->{
try {
System.out.println("结果: " x.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
}
invokeAny方法
代码语言：javascript复制提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消
package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
@Slf4j
public class Test
{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
String invokeAny = (String) executorService.invokeAny(Arrays.asList(() -> {
log.debug("1 begin");
Thread.sleep(1000);
log.debug("1 end");
return "1";
}, () -> {
log.debug("2 begin");
Thread.sleep(500);
log.debug("2 end");
return "2";
}));
System.out.println(invokeAny);
}
}
关闭线程池
shutdown
代码语言：javascript复制/*
线程池状态变为 SHUTDOWN
- 不会接收新任务
- 但已提交任务会执行完
- 此方法不会阻塞调用线程的执行
*/
void shutdown();public void shutdown() {
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
// 修改线程池状态
advanceRunState(SHUTDOWN);
// 仅会打断空闲线程
interruptIdleWorkers();
onShutdown(); // 扩展点 ScheduledThreadPoolExecutor
} finally {
mainLock.unlock();
}
// 尝试终结(没有运行的线程可以立刻终结，如果还有运行的线程也不会等,让那些线程运行完后，自己结束)
tryTerminate();
}shutdownNow
代码语言：javascript复制/*
线程池状态变为 STOP
- 不会接收新任务
- 会将队列中的任务返回
- 并用 interrupt 的方式中断正在执行的任务
*/
List<Runnable> shutdownNow();public List<Runnable> shutdownNow() {
List<Runnable> tasks;
final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
mainLock.lock();
try {
checkShutdownAccess();
// 修改线程池状态
advanceRunState(STOP);
// 打断所有线程
interruptWorkers();
// 获取队列中剩余任务
tasks = drainQueue();
} finally {
mainLock.unlock();
}
// 尝试终结
tryTerminate();
return tasks; }其它方法
代码语言：javascript复制// 不在 RUNNING 状态的线程池，此方法就返回 true
boolean isShutdown();
// 线程池状态是否是 TERMINATED
boolean isTerminated();
// 调用 shutdown 后，由于调用线程并不会等待所有任务运行结束，
//因此如果它想在线程池 TERMINATED 后做些事情，可以利用此方法等待
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;使用演示
代码语言：javascript复制package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
@Slf4j
public class Test
{
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
executorService.submit(()->{
log.debug("1 begin");
Thread.sleep(1000);
log.debug("1 end");
return "task 1";
});
executorService.submit(()->{
log.debug("2 begin");
Thread.sleep(1000);
log.debug("2 end");
return "task 2";
});
executorService.submit(()->{
log.debug("3 begin");
Thread.sleep(1000);
log.debug("3 end");
return "task 3";
});
//TODO:空闲线程说拜拜，干活线程干完下班
//这里会把正在执行的任务和队列中的任务全部执行完毕
//executorService.shutdown();
//TODO:中断正在执行的任务，将队列中断任务返回
//List<Runnable> runnables = executorService.shutdownNow();
//log.debug("队列中剩余的任务为{}",runnables);
//TODO:等待线程池中的任务执行完毕，但是有等待的超时时间
//如果等待超时，主线程会继续往下面执行
//如果所有任务都执行完了，主线程会继续往下面执行
executorService.awaitTermination(1,TimeUnit.SECONDS);
log.debug("主线程往下执行中...");
}
}future.get()方法也可以阻塞主线程，直到获取到对应线程的执行结果
异步模式之工作线程
1. 定义
让有限的工作线程（Worker Thread）来轮流异步处理无限多的任务。也可以将其归类为分工模式，它的典型实现 就是线程池，也体现了经典设计模式中的享元模式。
例如，海底捞的服务员（线程），轮流处理每位客人的点餐（任务），如果为每位客人都配一名专属的服务员，那 么成本就太高了（对比另一种多线程设计模式：Thread-Per-Message）
注意，不同任务类型应该使用不同的线程池，这样能够避免饥饿，并能提升效率
例如，如果一个餐馆的工人既要招呼客人（任务类型A），又要到后厨做菜（任务类型B）显然效率不咋地，分成 服务员（线程池A）与厨师（线程池B）更为合理，当然你能想到更细致的分工更好
2. 饥饿
固定大小线程池会有饥饿现象
- 两个工人是同一个线程池中的两个线程
- 他们要做的事情是：为客人点餐和到后厨做菜，这是两个阶段的工作
客人点餐：必须先点完餐，等菜做好，上菜，在此期间处理点餐的工人必须等待
后厨做菜：没啥说的，做就是了
- 比如工人A 处理了点餐任务，接下来它要等着 工人B 把菜做好，然后上菜，他俩也配合的蛮好
- 但现在同时来了两个客人，这个时候工人A 和工人B 都去处理点餐了，这时没人做饭了，饥饿
package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
@Slf4j
public class TestDeadLock {
static final List<String> MENU = Arrays.asList("地三鲜", "宫保鸡丁", "辣子鸡丁", "烤鸡翅");
static Random RANDOM = new Random();
static String cooking() {
return MENU.get(RANDOM.nextInt(MENU.size()));
}
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
//TODO:提交一个点餐任务
executorService.execute(() -> {
log.debug("处理点餐...");
//TODO:处理点餐任务前，先提交一个做菜任务
Future<String> f = executorService.submit(() ->
{
log.debug("做菜");
return cooking();
});
//TODO:菜做好了，才能上菜，结束点餐任务
try
{
log.debug("上菜: {}", f.get());
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
});
/* executorService.execute(() ->
{
log.debug("处理点餐...");
Future<String> f = executorService.submit(() -> {
log.debug("做菜");
return cooking();
});
try {
log.debug("上菜: {}", f.get());
}
catch (InterruptedException | ExecutionException e) { e.printStackTrace();}
});*/
}
}输出
代码语言：javascript复制17:21:27.883 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 处理点餐...
17:21:27.891 c.TestDeadLock [pool-1-thread-2] - 做菜
17:21:27.891 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 上菜: 烤鸡翅当注释取消后，可能的输出
代码语言：javascript复制17:08:41.339 c.TestDeadLock [pool-1-thread-2] - 处理点餐...
17:08:41.339 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 处理点餐...解决方法可以增加线程池的大小，不过不是根本解决方案，还是前面提到的，不同的任务类型，采用不同的线程 池，例如：
代码语言：javascript复制package Pool;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
@Slf4j
public class TestDeadLock {
static final List<String> MENU = Arrays.asList("地三鲜", "宫保鸡丁", "辣子鸡丁", "烤鸡翅");
static Random RANDOM = new Random();
static String cooking() {
return MENU.get(RANDOM.nextInt(MENU.size()));
}
public static void main(String[] args) {
ExecutorService waiterPool = Executors.newFixedThreadPool(1);
ExecutorService cookPool = Executors.newFixedThreadPool(1);
waiterPool.execute(() -> {
log.debug("处理点餐...");
Future<String> f = cookPool.submit(() -> {
log.debug("做菜");
return cooking();
});
try {
log.debug("上菜: {}", f.get());
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
});
waiterPool.execute(() -> {
log.debug("处理点餐...");
Future<String> f = cookPool.submit(() -> {
log.debug("做菜");
return cooking();
});
try {
log.debug("上菜: {}", f.get());
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
});
}
}输出
代码语言：javascript复制17:25:14.626 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 处理点餐...
17:25:14.630 c.TestDeadLock [pool-2-thread-1] - 做菜
17:25:14.631 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 上菜: 地三鲜
17:25:14.632 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 处理点餐...
17:25:14.632 c.TestDeadLock [pool-2-thread-1] - 做菜
17:25:14.632 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 上菜: 辣子鸡丁创建多少线程池合适
- 过小会导致程序不能充分地利用系统资源、容易导致饥饿
- 过大会导致更多的线程上下文切换，占用更多内存
CPU 密集型运算
通常采用 cpu 核数 1 能够实现最优的 CPU 利用率， 1 是保证当线程由于页缺失故障（操作系统）或其它原因导致暂停时，额外的这个线程就能顶上去，保证 CPU 时钟周期不被浪费
I/O 密集型运算
CPU 不总是处于繁忙状态，例如，当你执行业务计算时，这时候会使用 CPU 资源，但当你执行 I/O 操作时、远程 RPC 调用时，包括进行数据库操作时，这时候 CPU 就闲下来了，你可以利用多线程提高它的利用率。
经验公式如下
代码语言：javascript复制线程数 = 核数 * 期望 CPU 利用率 * 总时间(CPU计算时间 等待时间) / CPU 计算时间例如 4 核 CPU 计算时间是 50% ，其它等待时间是 50%，期望 cpu 被 100% 利用，套用公式
代码语言：javascript复制4 * 100% * 100% / 50% = 8例如 4 核 CPU 计算时间是 10% ，其它等待时间是 90%，期望 cpu 被 100% 利用，套用公式
代码语言：javascript复制4 * 100% * 100% / 10% = 40任务调度线程池
在『任务调度线程池』功能加入之前，可以使用 java.util.Timer 来实现定时功能，Timer 的优点在于简单易用，但 由于所有任务都是由同一个线程来调度，因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个 任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务
代码语言：javascript复制package Pool;
import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
import static java.lang.Thread.sleep;
@Slf4j
public class TestDeadLock {
public static void main(String[] args)
{
//TODO:定时器
Timer timer = new Timer();
//TODO:定时器任务一
TimerTask task1 = new TimerTask() {
@SneakyThrows
@Override
public void run() {
log.debug("task 1");
sleep(2000);
}
};
//TODO:定时器任务二
TimerTask task2 = new TimerTask() {
@Override
public void run() {
log.debug("task 2");
}
};
// 使用 timer 添加两个任务，希望它们都在 1s 后执行
// 但由于 timer 内只有一个线程来顺序执行队列中的任务，因此『任务1』的延时，影响了『任务2』的执行
timer.schedule(task1, 1000);
timer.schedule(task2, 1000);
}
}输出
代码语言：javascript复制20:46:09.444 c.TestTimer [main] - start...
20:46:10.445 c.TestTimer [Timer-0] - task 1
20:46:12.447 c.TestTimer [Timer-0] - task 2ScheduledExecutorService
代码语言：javascript复制 ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(2);
// 添加两个任务，希望它们都在 1s 后执行
executor.schedule(() -> {
System.out.println("任务1，执行时间：" new Date());
try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { }
}, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
executor.schedule(() -> {
System.out.println("任务2，执行时间：" new Date());
}, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);输出
代码语言：javascript复制任务1，执行时间：Thu Jan 03 12:45:17 CST 2019
任务2，执行时间：Thu Jan 03 12:45:17 CST 2019scheduleAtFixedRate
代码语言：javascript复制ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
log.debug("start...");
pool.scheduleAtFixedRate(() -> {
log.debug("running...");
}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);输出
代码语言：javascript复制21:45:43.167 c.TestTimer [main] - start...
21:45:44.215 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:45:45.215 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:45:46.215 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:45:47.215 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...scheduleAtFixedRate 例子（任务执行时间超过了间隔时间）：
代码语言：javascript复制ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
log.debug("start...");
pool.scheduleAtFixedRate(() -> {
log.debug("running...");
sleep(2);
}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);输出分析：一开始，延时 1s，接下来，由于任务执行时间 > 间隔时间，间隔被『撑』到了 2s
代码语言：javascript复制21:44:30.311 c.TestTimer [main] - start...
21:44:31.360 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:44:33.361 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:44:35.362 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:44:37.362 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...scheduleWithFixedDelay
代码语言：javascript复制ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
log.debug("start...");
pool.scheduleWithFixedDelay(()-> {
log.debug("running...");
sleep(2);
}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);输出分析：一开始，延时 1s，scheduleWithFixedDelay 的间隔是 上一个任务结束 <-> 延时 <-> 下一个任务开始 所 以间隔都是 3s
代码语言：javascript复制21:40:55.078 c.TestTimer [main] - start...
21:40:56.140 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:40:59.143 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:41:02.145 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:41:05.147 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay 的区别
- fixedRate就是每隔多长时间执行一次。(开始------->X时间------>再开始)。如果间隔时间小于任务执行时间，上一次任务执行完成下一次任务就立即执行。如果间隔时间大于任务执行时间，就按照每隔X时间运行一次。
- 而fixedDelay是当任务执行完毕后一段时间再次执行。（开始—>结束(隔一分钟)开始----->结束）。上一次执行任务未完成，下一次任务不会开始
评价 整个线程池表现为：线程数固定，任务数多于线程数时，会放入无界队列排队。任务执行完毕，这些线 程也不会被释放。用来执行延迟或反复执行的任务
正确处理执行任务异常
方法1：主动捉异常
代码语言：javascript复制@Slf4j
public class TestDeadLock {
public static void main(String[] args)
{
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);
pool.submit(() -> {
try {
log.debug("task1");
int i = 1 / 0;
} catch (Exception e) {
//TODO:这里可以将异常信息写入日志文件中
log.error("error:", e);
}
});
}
}log4j的配置
代码语言：javascript复制#日志最低级别为debug,输出到控制台和指定文件
log4j.rootLogger = debug,stdout,logFile
#输出到控制台
log4j.appender.stdout = org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.Target = System.out
log4j.appender.stdout.layout = org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern = [%-5p] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} method:%l%n%m%n
#输出到指定文件，最低输出级别为error
log4j.appender.logFile=org.apache.log4j.FileAppender
log4j.appender.logFile.Threshold=ERROR
log4j.appender.logFile.ImmediateFlush=true
log4j.appender.logFile.Append=true
log4j.appender.logFile.File=C:/Users/zdh/Desktop/日志/error.txt
log4j.appender.logFile.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.logFile.layout.ConversionPattern=[%-5p] %d(%r) --> [%t] %l: %m %x %n输出
方法2：使用 Future
代码语言：javascript复制future的get()方法，在方法正在执行完毕后，得到的是方法的返回值，如果方法执行过程中抛出异常,那么get()方法得到的是抛出的异常信息
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);
Future<Boolean> f = pool.submit(() -> {
log.debug("task1");
int i = 1 / 0;
return true;
});
log.debug("result:{}", f.get());
定期执行
如何让每周四 18:00:00 定时执行任务？
代码语言：javascript复制package schedule;
import java.time.*;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
/**
* @author 大忽悠
* @create 2022/1/5 12:16
*/
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 获得当前时间
LocalDateTime now = LocalDateTime.now();
// 获取本周四 18:00:00.000
LocalDateTime thursday =
now.with(DayOfWeek.THURSDAY).withHour(18).withMinute(0).withSecond(0).withNano(0);
// 如果当前时间已经超过 本周四 18:00:00.000， 那么找下周四 18:00:00.000
if (now.compareTo(thursday) >= 0) {
thursday = thursday.plusWeeks(1);
}
// 计算时间差，即延时执行时间
long initialDelay = Duration.between(now, thursday).toMillis();
// 计算间隔时间，即 1 周的毫秒值
long oneWeek = 7 * 24 * 3600 * 1000;
ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(2);
System.out.println("开始时间：" new Date());
executor.scheduleAtFixedRate(() -> {
System.out.println("执行时间：" new Date());
}, initialDelay, oneWeek, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
}
Tomcat 线程池
Tomcat 在哪里用到了线程池呢
- LimitLatch 用来限流，可以控制最大连接个数，类似 J.U.C 中的 Semaphore 后面再讲
- Acceptor 只负责【接收新的 socket 连接】
- Poller 只负责监听 socket channel 是否有【可读的 I/O 事件】
- 一旦可读，封装一个任务对象（socketProcessor），提交给 Executor 线程池处理
- Executor 线程池中的工作线程最终负责【处理请求】
Tomcat 线程池扩展了 ThreadPoolExecutor，行为稍有不同
- 如果总线程数达到 maximumPoolSize
- 这时不会立刻抛 RejectedExecutionException 异常
- 而是再次尝试将任务放入队列，如果还失败，才抛出 RejectedExecutionException 异常
源码 tomcat-7.0.42
代码语言：javascript复制 public void execute(Runnable command, long timeout, TimeUnit unit) {
submittedCount.incrementAndGet();
try {
super.execute(command);
} catch (RejectedExecutionException rx) {
if (super.getQueue() instanceof TaskQueue) {
final TaskQueue queue = (TaskQueue)super.getQueue();
try {
//尝试放入队列
if (!queue.force(command, timeout, unit)) {
submittedCount.decrementAndGet();
throw new RejectedExecutionException("Queue capacity is full.");
}
} catch (InterruptedException x) {
submittedCount.decrementAndGet();
Thread.interrupted();
throw new RejectedExecutionException(x);
}
} else {
submittedCount.decrementAndGet();
throw rx;
}
}
}TaskQueue.java
代码语言：javascript复制public boolean force(Runnable o, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
if ( parent.isShutdown() )
throw new RejectedExecutionException(
"Executor not running, can't force a command into the queue"
);
//offer()带超时的阻塞添加
return super.offer(o,timeout,unit); //forces the item onto the queue, to be used if the task
is rejected
}Connector 配置
Executor 线程配置
- 这里阻塞队列长度默认是整数最大值，可以认为是无界队列，如果服务器压力特别大，可能会造成任务的堆积
Fork/Join
概念
Fork/Join 是 JDK 1.7 加入的新的线程池实现，它体现的是一种分治思想，适用于能够进行任务拆分的 cpu 密集型
运算
所谓的任务拆分，是将一个大任务拆分为算法上相同的小任务，直至不能拆分可以直接求解。跟递归相关的一些计 算，如归并排序、斐波那契数列、都可以用分治思想进行求解
Fork/Join 在分治的基础上加入了多线程，可以把每个任务的分解和合并交给不同的线程来完成，进一步提升了运 算效率
Fork/Join 默认会创建与 cpu 核心数大小相同的线程池
使用
提交给 Fork/Join 线程池的任务需要继承 RecursiveTask（有返回值）或 RecursiveAction（没有返回值），例如下面定义了一个对 1~n 之间的整数求和的任务
package schedule;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
/**
* @author 大忽悠
* @create 2022/1/5 16:29
*/
@Slf4j(topic = "forkJoin")
public class ForkJoin
{
public static void main(String[] args) {
//空参构造，线程池大小默认为cpu核心数
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(4);
//打印执行结果
System.out.println(pool.invoke(new AddTask1(5)));
}
}
@Slf4j(topic = "addTask")
class AddTask1 extends RecursiveTask<Integer> {
int n;
public AddTask1(int n) {
this.n = n;
}
@Override
public String toString() {
return "{" n '}';
}
@Override
protected Integer compute() {
// 如果 n 已经为 1，可以求得结果了
if (n == 1) {
log.debug("join() {}", n);
return n;
}
// 将任务进行拆分(fork)
AddTask1 t1 = new AddTask1(n - 1);
//调出一个线程来执行AddTask1(n-1)的任务
t1.fork();
log.debug("fork() {} {}", n, t1);
// 合并(join)结果---join方法会阻塞，直到t1任务执行结束
int result = n t1.join();
log.debug("join() {} {} = {}", n, t1, result);
return result;
}
}结果
代码语言：javascript复制[ForkJoinPool-1-worker-0] - fork() 2 {1}
[ForkJoinPool-1-worker-1] - fork() 5 {4}
[ForkJoinPool-1-worker-0] - join() 1
[ForkJoinPool-1-worker-0] - join() 2 {1} = 3
[ForkJoinPool-1-worker-2] - fork() 4 {3}
[ForkJoinPool-1-worker-3] - fork() 3 {2}
[ForkJoinPool-1-worker-3] - join() 3 {2} = 6
[ForkJoinPool-1-worker-2] - join() 4 {3} = 10
[ForkJoinPool-1-worker-1] - join() 5 {4} = 15
15用图来表示
改进
代码语言：javascript复制package schedule;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;
/**
* @author 大忽悠
* @create 2022/1/5 16:29
*/
@Slf4j(topic = "forkJoin")
public class ForkJoin
{
public static void main(String[] args) {
//空参构造，线程池大小默认为cpu核心数
ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(4);
//打印执行结果
System.out.println(pool.invoke(new AddTask3(1,5)));
}
}
@Slf4j(topic = "addTask")
class AddTask3 extends RecursiveTask<Integer> {
int begin;
int end;
public AddTask3(int begin, int end) {
this.begin = begin;
this.end = end;
}
@Override
public String toString() {
return "{" begin "," end '}';
}
@Override
protected Integer compute() {
// 5, 5
if (begin == end) {
log.debug("join() {}", begin);
return begin;
}
// 4, 5
if (end - begin == 1) {
log.debug("join() {} {} = {}", begin, end, end begin);
return end begin;
}
// 1 5
int mid = (end begin)/2; // 3
AddTask3 t1 = new AddTask3(begin, mid); // 1,3
t1.fork();
AddTask3 t2 = new AddTask3(mid 1, end); // 4,5
t2.fork();
log.debug("fork() {} {} = ?", t1, t2);
int result = t1.join() t2.join();
log.debug("join() {} {} = {}", t1, t2, result);
return result;
}
}[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,776 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:58)
fork() {1,2} {3,3} = ?
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,776 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:48)
join() 1 2 = 3
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,776 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:58)
fork() {1,3} {4,5} = ?
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,776 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:48)
join() 4 5 = 9
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,779 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:43)
join() 3
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,780 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:60)
join() {1,2} {3,3} = 6
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,780 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:60)
join() {1,3} {4,5} = 15
15用图来表示
