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使用Spring Boot线程池和Java线程池进行多线程编程

SpringBoot线程池和Java线程池的用法和实现原理使用默认的线程池方式一:通过@Async注解调用publicclassAsyncTest{@Asyncpublicvoidasync(Stringname)throwsInterruptedException{System.out.println("async"+name+""+Thread.currentThread().getName());Thread.sleep(1000);}}启动类上需要添加@EnableAsync注解,否则不会生效。@

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      SpringBoot线程池和Java线程池的用法和实现原理

      使用默认的线程池

      方式一:通过@Async注解调用

      public class AsyncTest {
          @Async
          public void async(String name) throws InterruptedException {
              System.out.println("async" + name + " " + Thread.currentThread().getName());
              Thread.sleep(1000);
          }
      }

      启动类上需要添加@EnableAsync注解,否则不会生效。

      @SpringBootApplication
      //@EnableAsync
      public class Test1Application {
         public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            ConfigurableApplicationContext run = SpringApplication.run(Test1Application.class, args);
            AsyncTest bean = run.getBean(AsyncTest.class);
            for(int index = 0; index <= 10; ++index){
               bean.async(String.valueOf(index));
            }
         }
      }

      方式二:直接注入 ThreadPoolTaskExecutor

      此时可不加 @EnableAsync注解

      @SpringBootTest
      class Test1ApplicationTests {
      
         @Resource
         ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTaskExecutor;
      
         @Test
         void contextLoads() {
            Runnable runnable = () -> {
               System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            };
      
            for(int index = 0; index <= 10; ++index){
               threadPoolTaskExecutor.submit(runnable);
            }
         }
      
      }

      线程池默认配置信息

      SpringBoot线程池的常见配置:

      spring:
        task:
          execution:
            pool:
              core-size: 8
              max-size: 16                          # 默认是 Integer.MAX_VALUE
              keep-alive: 60s                       # 当线程池中的线程数量大于 corePoolSize 时,如果某线程空闲时间超过keepAliveTime,线程将被终止
              allow-core-thread-timeout: true       # 是否允许核心线程超时,默认true
              queue-capacity: 100                   # 线程队列的大小,默认Integer.MAX_VALUE
            shutdown:
              await-termination: false              # 线程关闭等待
            thread-name-prefix: task-               # 线程名称的前缀

      SpringBoot 线程池的实现原理

      TaskExecutionAutoConfiguration 类中定义了 ThreadPoolTaskExecutor,该类的内部实现也是基于java原生的 ThreadPoolExecutor类。initializeExecutor()方法在其父类中被调用,但是在父类中 RejectedExecutionHandler 被定义为了 private RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy(); ,并通过initialize()方法将AbortPolicy传入initializeExecutor()中。

      注意在TaskExecutionAutoConfiguration 类中,ThreadPoolTaskExecutor类的bean的名称为: applicationTaskExecutor 和 taskExecutor。

      // TaskExecutionAutoConfiguration#applicationTaskExecutor()
      @Lazy
      @Bean(name = { APPLICATION_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME,
            AsyncAnnotationBeanPostProcessor.DEFAUL
                T_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME })
      @ConditionalOnMissingBean(Executor.class)
      public ThreadPoolTaskExecutor applicationTaskExecutor(TaskExecutorBuilder builder) {
         return builder.build();
      }
      // ThreadPoolTaskExecutor#initializeExecutor()
      @Override
      protected ExecutorService initializeExecutor(
            ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler) {
      
         BlockingQueue queue = createQueue(this.queueCapacity);
      
         ThreadPoolExecutor executor;
         if (this.taskDecorator != null) {
            executor = new ThreadPoolExecutor(
                  this.corePoolSize, this.maxPoolSize, this.keepAliveSeconds, TimeUnit.SECONDS,
                  queue, threadFactory, rejectedExecutionHandler) {
               @Override
               public void execute(Runnable command) {
                  Runnable decorated = taskDecorator.decorate(command);
                  if (decorated != command) {
                     decoratedTaskMap.put(decorated, command);
                  }
                  super.execute(decorated);
               }
            };
         }
         else {
            executor = new ThreadPoolExecutor(
                  this.corePoolSize, this.maxPoolSize, this.keepAliveSeconds, TimeUnit.SECONDS,
                  queue, threadFactory, rejectedExecutionHandler);
      
         }
      
         if (this.allowCoreThreadTimeOut) {
            executor.allowCoreThreadTimeOut(true);
         }
      
         this.threadPoolExecutor = executor;
         return executor;
      }
      // ExecutorConfigurationSupport#initialize()
      public void initialize() {
         if (logger.isInfoEnabled()) {
            logger.info("Initializing ExecutorService" + (this.beanName != null ? " '" + this.beanName + "'" : ""));
         }
         if (!this.threadNamePrefixSet && this.beanName != null) {
            setThreadNamePrefix(this.beanName + "-");
         }
         this.executor = initializeExecutor(this.threadFactory, this.rejectedExecutionHandler);
      }

      覆盖默认的线程池

      覆盖默认的 taskExecutor对象,bean的返回类型可以是ThreadPoolTaskExecutor也可以是Executor。

      @Configuration
      public class ThreadPoolConfiguration {
      
          @Bean("taskExecutor")
          public ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor() {
              ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
              //设置线程池参数信息
              taskExecutor.setCorePoolSize(10);
              taskExecutor.setMaxPoolSize(50);
              taskExecutor.setQueueCapacity(200);
              taskExecutor.setKeepAliveSeconds(60);
              taskExecutor.setThreadNamePrefix("myExecutor--");
              taskExecutor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
              taskExecutor.setAwaitTerminationSeconds(60);
              //修改拒绝策略为使用当前线程执行
              taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
              //初始化线程池
              taskExecutor.initialize();
              return taskExecutor;
          }
      }

      管理多个线程池

      如果出现了多个线程池,例如再定义一个线程池 taskExecutor2,则直接执行会报错。此时需要指定bean的名称即可。

      @Bean("taskExecutor2")
      public ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor2() {
          ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
          //设置线程池参数信息
          taskExecutor.setCorePoolSize(10);
          taskExecutor.setMaxPoolSize(50);
          taskExecutor.setQueueCapacity(200);
          taskExecutor.setKeepAliveSeconds(60);
          taskExecutor.setThreadNamePrefix("myExecutor2--");
          taskExecutor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
          taskExecutor.setAwaitTerminationSeconds(60);
          //修改拒绝策略为使用当前线程执行
          taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
          //初始化线程池
          taskExecutor.initialize();
          return taskExecutor;
      }

      引用线程池时,需要将变量名更改为bean的名称,这样会按照名称查找。

      @Resource
      ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor2;

      对于使用@Async注解的多线程则在注解中指定bean的名字即可。

      @Async("taskExecutor2")
          public void async(String name) throws InterruptedException {
              System.out.println("async" + name + " " + Thread.currentThread().getName());
              Thread.sleep(1000);
          }

      线程池的四种拒绝策略

      JAVA常用的四种线程池

      ThreadPoolExecutor 类的构造函数如下:

      public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                                BlockingQueue workQueue) {
          this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
               Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
      }

      newCachedThreadPool

      不限制最大线程数(maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE),如果有空闲的线程超过需要,则回收,否则重用已有的线程。

      new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                    60L, TimeUnit.SECONDS,
                                    new SynchronousQueue());

      newFixedThreadPool

      定长线程池,超出线程数的任务会在队列中等待。

      return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue());

      newScheduledThreadPool

      类似于newCachedThreadPool,线程数无上限,但是可以指定corePoolSize。可实现延迟执行、周期执行。

      public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
          super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
                new DelayedWorkQueue());
      }

      周期执行:

      ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
      scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(()->{
         System.out.println("rate");
      }, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);

      延时执行:

      scheduledThreadPool.schedule(()->{
         System.out.println("delay 3 seconds");
      }, 3, TimeUnit.SECONDS);

      newSingleThreadExecutor

      单线程线程池,可以实现线程的顺序执行。

      public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
          return new FinalizableDelegatedExecutorService
              (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue()));
      }

      Java 线程池中的四种拒绝策略

      • CallerRunsPolicy:线程池让调用者去执行。

      • AbortPolicy:如果线程池拒绝了任务,直接报错。

      • DiscardPolicy:如果线程池拒绝了任务,直接丢弃。

      • DiscardOldestPolicy:如果线程池拒绝了任务,直接将线程池中最旧的,未运行的任务丢弃,将新任务入队。

      CallerRunsPolicy

      直接在主线程中执行了run方法。

      public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
       
          public CallerRunsPolicy() { }
       
          public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
              if (!e.isShutdown()) {
                  r.run();
              }
          }
      }

      效果类似于:

      Runnable thread = ()->{
         System.out.println(Thread.currentThread().getName());
         try {
            Thread.sleep(0);
         } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
         }
      };
      
      thread.run();

      AbortPolicy

      直接抛出RejectedExecutionException异常,并指示任务的信息,线程池的信息。、

      public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
       
          public AbortPolicy() { }
       
          public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
              throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
                                                   " rejected from " +
                                                   e.toString());
          }
      }

      DiscardPolicy

      什么也不做。

      public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
       
          public DiscardPolicy() { }
       
          public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
          }
      }

      DiscardOldestPolicy

      • e.getQueue().poll() : 取出队列最旧的任务。

      • e.execute(r) : 当前任务入队。

      public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {
       
          public DiscardOldestPolicy() { }
       
          public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
              if (!e.isShutdown()) {
                  e.getQueue().poll();
                  e.execute(r);
              }
          }
      }

      Java 线程复用的原理

      java的线程池中保存的是 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.Worker 对象,该对象在 被维护在private final HashSet workers = new HashSet();。workQueue是保存待执行的任务的队列,线程池中加入新的任务时,会将任务加入到workQueue队列中。

      private final class Worker
          extends AbstractQueuedSynchronizer
          implements Runnable
      {
          /**
           * This class will never be serialized, but we provide a
           * serialVersionUID to suppress a javac warning.
           */
          private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;
      
          /** Thread this worker is running in.  Null if factory fails. */
          final Thread thread;
          /** Initial task to run.  Possibly null. */
          Runnable firstTask;
          /** Per-thread task counter */
          volatile long completedTasks;
      
          /**
           * Creates with given first task and thread from ThreadFactory.
           * @param firstTask the first task (null if none)
           */
          Worker(Runnable firstTask) {
              setState(-1); // inhibit interrupts until runWorker
              this.firstTask = firstTask;
              this.thread = getThreadFactory().newThread(this);
          }
      
          /** Delegates main run loop to outer runWorker  */
          public void run() {
              runWorker(this);
          }
      
          // Lock methods
          //
          // The value 0 represents the unlocked state.
          // The value 1 represents the locked state.
      
          protected boolean isHeldExclusively() {
              return getState() != 0;
          }
      
          protected boolean tryAcquire(int unused) {
              if (compareAndSetState(0, 1)) {
                  setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                  return true;
              }
              return false;
          }
      
          protected boolean tryRelease(int unused) {
              setExclusiveOwnerThread(null);
              setState(0);
              return true;
          }
      
          public void lock()        { acquire(1); }
          public boolean tryLock()  { return tryAcquire(1); }
          public void unlock()      { release(1); }
          public boolean isLocked() { return isHeldExclusively(); }
      
          void interruptIfStarted() {
              Thread t;
              if (getState() >= 0 && (t = thread) != null && !t.isInterrupted()) {
                  try {
                      t.interrupt();
                  } catch (SecurityException ignore) {
                  }
              }
          }
      }

      work对象的执行依赖于 runWorker(),与我们平时写的线程不同,该线程处在一个循环中,并不断地从队列中获取新的任务执行。因此线程池中的线程才可以复用,而不是像我们平常使用的线程一样执行完毕就结束。

      final void runWorker(Worker w) {
          Thread wt = Thread.currentThread();
          Runnable task = w.firstTask;
          w.firstTask = null;
          w.unlock(); // allow interrupts
          boolean completedAbruptly = true;
          try {
              while (task != null || (task = getTask()) != null) {
                  w.lock();
                  // If pool is stopping, ensure thread is interrupted;
                  // if not, ensure thread is not interrupted.  This
                  // requires a recheck in second case to deal with
                  // shutdownNow race while clearing interrupt
                  if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                       (Thread.interrupted() &&
                        runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                      !wt.isInterrupted())
                      wt.interrupt();
                  try {
                      beforeExecute(wt, task);
                      Throwable thrown = null;
                      try {
                          task.run();
                      } catch (RuntimeException x) {
                          thrown = x; throw x;
                      } catch (Error x) {
                          thrown = x; throw x;
                      } catch (Throwable x) {
                          thrown = x; throw new Error(x);
                      } finally {
                          afterExecute(task, thrown);
                      }
                  } finally {
                      task = null;
                      w.completedTasks++;
                      w.unlock();
                  }
              }
              completedAbruptly = false;
          } finally {
              processWorkerExit(w, completedAbruptly);
          }
      }
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