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Java线程池–种类(Executors的用法)

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。

相关网址

Java多线程–阻塞队列(BlockingQueue)–使用/教程/实例 – 自学精灵

常见线程池种类

种类核心线程数最大线程数队列长度描述
固定大小(fixed)nn(虽然有但实际不起作用)无限
单个(single)11无限只一个线程在工作,相当于单线程顺序串行执行所有任务。
定时(scheduled)n无限大无限周期性执行任务
缓存(cached)0无限大0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,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>() //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,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()
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,
new DelayedWorkQueue() //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,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>()

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。

  1. 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。
  2. 在线程池完成线程的创建之后,将任务加入Linked- BlockingQueue。
  3. 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:

  1. 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。
  2. 由于1,使用无界队列时maximumPoolSize将是一个无效参数。 
  3. 由于1和2,使用无界队列时keepAliveTime将是一个无效参数。
  4. 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。

  1. 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。
  2. 在线程池完线程的创建之后,将任务加入Linked- BlockingQueue。
  3. 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)

简介

创建

  1. ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
  2. ScheduledThreadPoolExecutor executor = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);
    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:
      1. public boolean remove(Runnable task)
      2. public void purge()
      3. 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

TimerScheduledThreadPoolExecutor
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();
    }
}

运行结果(异常后,直接卡死)

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中的线程如果空闲(没有任务执行)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

详解

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。

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评论1

请先

  1. CachedThreadPool: 优点:线程数量可以动态调整,适用于任务数量多且不需要固定线程数的场景。 缺点:如果任务数量过多,会导致线程数激增,消耗大量系统资源。 FixedThreadPool: 优点:线程数量固定,有利于避免因线程数过多造成的消耗。 缺点:如果任务数量过多,可能导致队列中的任务积压,导致线程池无法及时处理任务。 SingleThreadExecutor: 优点:仅有一个线程,有利于避免线程同步问题。 缺点:仅有一个线程,如果该线程处理任务时间长,会影响任务的及时处理。 ScheduledThreadPool: 优点:支持定时和周期性任务,适用于需要定期执行任务的场景。 缺点:如果任务数量过多,可能导致队列中的任务积压,导致线程池无法及时处理任务。
    华山栈道008 2023-12-07 1
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