三、线程池的核心参数与拒绝策略

线程池ExecutorService的参数
线程池的参数
线程创建的时机
线程创建的时机

接下来,我们来具体看下这两个参数所代表的含义,以及线程池中创建线程的时机。如上图所示,当提交任务后,线程池首先会检查当前线程数,如果此时线程数小于核心线程数,比如最开始线程数量为 0,则新建线程并执行任务,随着任务的不断增加,线程数会逐渐增加并达到核心线程数,此时如果仍有任务被不断提交,就会被放入 workQueue 任务队列中,等待核心线程执行完当前任务后重新从 workQueue 中提取正在等待被执行的任务。

此时,假设我们的任务特别的多,已经达到了 workQueue 的容量上限,这时线程池就会启动后备力量,也就是 maximumPoolSize 最大线程数,线程池会在 corePoolSize 核心线程数的基础上继续创建线程来执行任务,假设任务被不断提交,线程池会持续创建线程直到线程数达到 maximumPoolSize 最大线程数,如果依然有任务被提交,这就超过了线程池的最大处理能力,这个时候线程池就会拒绝这些任务,我们可以看到实际上任务进来之后,线程池会逐一判断 corePoolSize、workQueue、maximumPoolSize,如果依然不能满足需求,则会拒绝任务。

corePoolSize 与 maximumPoolSize

通过上面的流程图,我们了解了 corePoolSize 和 maximumPoolSize 的具体含义,corePoolSize 指的是核心线程数,线程池初始化时线程数默认为 0,当有新的任务提交后,会创建新线程执行任务,如果不做特殊设置,此后线程数通常不会再小于 corePoolSize ,因为它们是核心线程,即便未来可能没有可执行的任务也不会被销毁。随着任务量的增加,在任务队列满了之后,线程池会进一步创建新线程,最多可以达到 maximumPoolSize 来应对任务多的场景,如果未来线程有空闲,大于 corePoolSize 的线程会被合理回收。所以正常情况下,线程池中的线程数量会处在 corePoolSize 与 maximumPoolSize 的闭区间内。

比如线程池的 corePoolSize 为 5,maximumPoolSize 为 10,任务队列容量为 100,随着任务被提交,我们的线程数量会从 0 慢慢增长到 5,然后就不再增长了,新的任务会被放入队列中,直到队列被塞满,然后在 corePoolSize 的基础上继续创建新线程来执行队列中的任务,线程会逐渐增加到 maximumPoolSize, 然后线程数不再增加,如果此时仍有任务被不断提交,线程池就会拒绝任务。随着队列中任务被执行完,被创建的 10 个线程现在无事可做了,这时线程池会根据 keepAliveTime 参数来销毁线程,已达到减少内存占用的目的。

线程池的几个特点

线程池希望保持较少的线程数,并且只有在负载变得很大时才增加线程。

线程池只有在任务队列填满时才创建多于 corePoolSize 的线程,如果使用的是无界队列(例如 LinkedBlockingQueue),那么由于队列不会满,所以线程数不会超过 corePoolSize。

通过设置 corePoolSize 和 maximumPoolSize 为相同的值,就可以创建固定大小的线程池。

通过设置 maximumPoolSize 为很高的值,例如 Integer.MAX_VALUE,就可以允许线程池创建任意多的线程。

keepAliveTime+时间单位

第三个参数是 keepAliveTime + 时间单位,当线程池中线程数量多于核心线程数时,而此时又没有任务可做,线程池就会检测线程的 keepAliveTime,如果超过规定的时间,无事可做的线程就会被销毁,以便减少内存的占用和资源消耗。如果后期任务又多了起来,线程池也会根据规则重新创建线程,所以这是一个可伸缩的过程,比较灵活,我们也可以用 setKeepAliveTime 方法动态改变 keepAliveTime 的参数值。

ThreadFactory

第四个参数是 ThreadFactory,ThreadFactory 实际上是一个线程工厂,它的作用是生产线程以便执行任务。我们可以选择使用默认的线程工厂,创建的线程都会在同一个线程组,并拥有一样的优先级,且都不是守护线程,我们也可以选择自己定制线程工厂,以方便给线程自定义命名,不同的线程池内的线程通常会根据具体业务来定制不同的线程名。

workQueue 和 Handler

最后两个参数是 workQueue 和 Handler,它们分别对应阻塞队列和任务拒绝策略。

新建线程池时可以指定它的任务拒绝策略。

 ExecutorService executorService =
                new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200l,
                        TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10),
                        new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

线程池会在以下两种情况下会拒绝新提交的任务。

第一种情况是当我们调用 shutdown 等方法关闭线程池后,即便此时可能线程池内部依然有没执行完的任务正在执行,但是由于线程池已经关闭,此时如果再向线程池内提交任务,就会遭到拒绝。
第二种情况是线程池没有能力继续处理新提交的任务,也就是工作已经非常饱和的时候。

我们具体讲一下第二种情况,也就是由于工作饱和导致的拒绝。比如新建一个线程池,使用容量上限为 10 的 ArrayBlockingQueue 作为任务队列,并且指定线程池的核心线程数为 5,最大线程数为 10,假设此时有 20 个耗时任务被提交,在这种情况下,线程池会首先创建核心数量的线程,也就是5个线程来执行任务,然后往队列里去放任务,队列的 10 个容量被放满了之后,会继续创建新线程,直到达到最大线程数 10。此时线程池中一共有 20 个任务,其中 10 个任务正在被 10 个线程执行,还有 10 个任务在任务队列中等待,而且由于线程池的最大线程数量就是 10,所以已经不能再增加更多的线程来帮忙处理任务了,这就意味着此时线程池工作饱和,这个时候再提交新任务时就会被拒绝。


工作饱和

我们结合图示来分析上述情况,首先看右侧上方的队列部分,你可以看到目前队列已经满了,而图中队列下方的每个线程都在工作,且线程数已经达到最大值 10,如果此时再有新的任务提交,线程池由于没有能力继续处理新提交的任务,所以就会拒绝。

我们了解了线程池拒绝任务的时机,那么我们如何正确地选择拒绝策略呢?Java 在 ThreadPoolExecutor 类中为我们提供了 4 种默认的拒绝策略来应对不同的场景,都实现了 RejectedExecutionHandler 接口,如图所示:


4种拒绝策略
拒绝策略
AbortPolicy

这种拒绝策略在拒绝任务时,会直接抛出一个类型为 RejectedExecutionException 的 RuntimeException,让你感知到任务被拒绝了,于是你便可以根据业务逻辑选择重试或者放弃提交等策略。

DiscardPolicy,

这种拒绝策略正如它的名字所描述的一样,当新任务被提交后直接被丢弃掉,也不会给你任何的通知,相对而言存在一定的风险,因为我们提交的时候根本不知道这个任务会被丢弃,可能造成数据丢失。

DiscardOldestPolicy

如果线程池没被关闭且没有能力执行,则会丢弃任务队列中的头结点,通常是存活时间最长的任务,这种策略与第二种不同之处在于它丢弃的不是最新提交的,而是队列中存活时间最长的,这样就可以腾出空间给新提交的任务,但同理它也存在一定的数据丢失风险。

CallerRunsPolicy

相对而言它就比较完善了,当有新任务提交后,如果线程池没被关闭且没有能力执行,则把这个任务交于提交任务的线程执行,也就是谁提交任务,谁就负责执行任务。这样做主要有两点好处:
1.新提交的任务不会被丢弃,这样也就不会造成业务损失。
2.由于谁提交任务谁就要负责执行任务,这样提交任务的线程就得负责执行任务,而执行任务又是比较耗时的,在这段期间,提交任务的线程被占用,也就不会再提交新的任务,减缓了任务提交的速度,相当于是一个负反馈。在此期间,线程池中的线程也可以充分利用这段时间来执行掉一部分任务,腾出一定的空间,相当于是给了线程池一定的缓冲期。

测试代码如下:

package com.example.threadpool;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author liujy
 * @description 自定义容量的线程池
 * @since 2020-12-30 14:29
 */
public class CustomizedThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService =
                new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200l,
                        TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10),
//                        new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
//                        new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
//                        new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());
                        new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            executorService.execute(new Task());
        }

    }

    static class Task implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("my name is " + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(10000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
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