并发编程之线程池

并发编程之线程池

• 4. 自定义线程池
• ThreadPoolExecutor
• 异步模式之工作线程
• 3. Fork/Join

4. 自定义线程池

步骤1 ：自定义拒绝策略接口

ThreadPoolExecutor

1）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
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

2）构造方法

• corePool ：Size核心线程数目（最多保留的线程数）
• maximunPoolSize ：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。
• 如果线程达到maximumPoolSize任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， 这时默认策略
  • 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，待超时等待（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
  3）newFixedThreadPool
  
  特点
• 核心线程数 == 最大线程数 （没有救急线程被创建），因此也需超时时间
• 阻塞队列是无界的，可以放任意数量的任务
  适用于任务量已知，相对耗时的任务
  4）newCachedThreadPool
  
  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）
  
  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，空闲一分钟后释放线程。适合任务数比较密集，但每个任务执行时间较短的情况
  5）newSingleThreadExecutor
  
  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务补救措施，而线程池还会新建一个线程，保证池的正常工作
• 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
• Executors.newFixedThreadPool(1)初始化时为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
    6）提交任务
    
    7）关闭线程池
    shutdown
    
    
    shutdownNow
    
    
    其它方法
    

异步模式之工作线程

1.定义

3. 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
  3.1 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
  3.2 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IO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
  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
  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
  4 * 100% * 100% / 10% = 40
  10）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
• 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maxmumPoolSize
  • 这时不会立刻抛RejectedExecutionException 异常
    源码 tomcat-7.0.42
    
    
    Connector 配置
    
    Executor 线程配置
    
    

3. Fork/Join

1) 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
For/Join 在分治的基础上加入多线程，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 默认会创建于cpu核心数大小相同的线程池
2）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），列如下面定义了一个队1~n之间的整数求和的任务


用图来表示

改进优化 ：


用图来表示 ：