Java併發程式設計:4種執行緒池和緩衝佇列BlockingQueue
一. 執行緒池簡介
1. 執行緒池的概念:
執行緒池就是首先建立一些執行緒,它們的集合稱為執行緒池。使用執行緒池可以很好地提高效能,執行緒池在系統啟動時即建立大量空閒的執行緒,程式將一個任務傳給執行緒池,執行緒池就會啟動一條執行緒來執行這個任務,執行結束以後,該執行緒並不會死亡,而是再次返回執行緒池中成為空閒狀態,等待執行下一個任務。
2. 執行緒池的工作機制
2.1 線上程池的程式設計模式下,任務是提交給整個執行緒池,而不是直接提交給某個執行緒,執行緒池在拿到任務後,就在內部尋找是否有空閒的執行緒,如果有,則將任務交給某個空閒的執行緒。
2.1 一個執行緒同時只能執行一個任務,但可以同時向一個執行緒池提交多個任務。
3. 使用執行緒池的原因:
多執行緒執行時間,系統不斷的啟動和關閉新執行緒,成本非常高,會過渡消耗系統資源,以及過渡切換執行緒的危險,從而可能導致系統資源的崩潰。這時,執行緒池就是最好的選擇了。
二. 四種常見的執行緒池詳解
1. 執行緒池的返回值ExecutorService簡介:
ExecutorService是Java提供的用於管理執行緒池的類。該類的兩個作用:控制執行緒數量和重用執行緒
2. 具體的4種常用的執行緒池實現如下:(返回值都是ExecutorService)
2.1 Executors.newCacheThreadPool():可快取執行緒池,先檢視池中有沒有以前建立的執行緒,如果有,就直接使用。如果沒有,就建一個新的執行緒加入池中,快取型池子通常用於執行一些生存期很短的非同步型任務
示例程式碼:
package com.study.test; import java.util.concurrent.ExecutorService; import java.util.concurrent.Executors; public class ThreadPoolExecutorTest { public static void main(String[] args) { //建立一個可快取執行緒池 ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool(); for (int i = 0; i < 10; i++) { try { //sleep可明顯看到使用的是執行緒池裡面以前的執行緒,沒有建立新的執行緒 Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } cachedThreadPool.execute(new Runnable() { public void run() { //列印正在執行的快取執行緒資訊 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
執行緒池為無限大,當執行當前任務時上一個任務已經完成,會複用執行上一個任務的執行緒,而不用每次新建執行緒
2.2 Executors.newFixedThreadPool(int n):建立一個可重用固定個數的執行緒池,以共享的無界佇列方式來執行這些執行緒。
示例程式碼:
package com.study.test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
//建立一個可重用固定個數的執行緒池
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
//列印正在執行的快取執行緒資訊
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
因為執行緒池大小為3,每個任務輸出列印結果後sleep 2秒,所以每兩秒列印3個結果。
定長執行緒池的大小最好根據系統資源進行設定。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()
2.3 Executors.newScheduledThreadPool(int n):建立一個定長執行緒池,支援定時及週期性任務執行
延遲執行示例程式碼:
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) {
//建立一個定長執行緒池,支援定時及週期性任務執行——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
定期執行示例程式碼:
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) {
//建立一個定長執行緒池,支援定時及週期性任務執行——定期執行
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
//延遲1秒後每3秒執行一次
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("延遲1秒後每3秒執行一次");
}
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
}
}
輸出結果:
延遲1秒後每3秒執行一次
延遲1秒後每3秒執行一次
.............
2.4 Executors.newSingleThreadExecutor():建立一個單執行緒化的執行緒池,它只會用唯一的工作執行緒來執行任務,保證所有任務按照指定順序(FIFO, LIFO, 優先順序)執行。
示例程式碼:
package com.study.test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class TestThreadPoolExecutor {
public static void main(String[] args) {
//建立一個單執行緒化的執行緒池
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,相當於順序執行各個任務
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被執行,列印的值是:"+index);
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
}
輸出結果:
pool-1-thread-1正在被執行,列印的值是:0
pool-1-thread-1正在被執行,列印的值是:1
pool-1-thread-1正在被執行,列印的值是:2
pool-1-thread-1正在被執行,列印的值是:3
pool-1-thread-1正在被執行,列印的值是:4
pool-1-thread-1正在被執行,列印的值是:5
pool-1-thread-1正在被執行,列印的值是:6
pool-1-thread-1正在被執行,列印的值是:7
pool-1-thread-1正在被執行,列印的值是:8
pool-1-thread-1正在被執行,列印的值是:9
三. 緩衝佇列BlockingQueue和自定義執行緒池ThreadPoolExecutor
1. 緩衝佇列BlockingQueue簡介:
BlockingQueue是雙緩衝佇列。BlockingQueue內部使用兩條佇列,允許兩個執行緒同時向佇列一個儲存,一個取出操作。在保證併發安全的同時,提高了佇列的存取效率。
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。其所含的物件是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。其所含的物件是FIFO順序排序的。
-
PriorityBlockingQueue()或者(int i):類似於LinkedBlockingQueue,但是其所含物件的排序不是FIFO,而是依據物件的自然順序或者建構函式的Comparator決定。
-
SynchronizedQueue():特殊的BlockingQueue,對其的操作必須是放和取交替完成。
3. 自定義執行緒池(ThreadPoolExecutor和BlockingQueue連用):
自定義執行緒池,可以用ThreadPoolExecutor類建立,它有多個構造方法來建立執行緒池。
常見的建構函式:ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue)
示例程式碼:
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() {
// 列印正在執行的快取執行緒資訊
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個執行緒上執行
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public class TestThreadPoolExecutor {
public static void main(String[] args) {
// 建立陣列型緩衝等待佇列
BlockingQueue<Runnable> bq = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10);
// ThreadPoolExecutor:建立自定義執行緒池,池中儲存的執行緒數為3,允許最大的執行緒數為6
ThreadPoolExecutor tpe = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 50, TimeUnit.MILLISECONDS, bq);
// 建立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個執行緒上執行
tpe.execute(t1);
tpe.execute(t2);
tpe.execute(t3);
// tpe.execute(t4);
// tpe.execute(t5);
// tpe.execute(t6);
// 關閉自定義執行緒池
tpe.shutdown();
}
}
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