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✏️一.线程池
在Java中,线程池(Thread Pool)是一种用于管理并发线程的机制,它提供了一种创建、复用和管理一组线程的方法,这些线程可以用来执行提交的任务。线程池的使用可以显著提高程序的性能和响应能力,尤其是在处理大量并发任务时。Java的java.util.concurrent
包提供了丰富的API来创建和管理线程池,其中最核心的接口是ExecutorService
,以及其实现类ThreadPoolExecutor
。
创建
Java中线程池的创建主要通过Executors
工厂类或直接使用ThreadPoolExecutor
类来完成:
-
使用
Executors
工厂类:newSingleThreadExecutor()
:创建一个单线程的线程池,它只会创建一个线程来执行任务。newFixedThreadPool(int nThreads)
:创建一个固定大小的线程池,线程数量由nThreads
参数确定。newCachedThreadPool()
:创建一个可缓存的线程池,线程数量没有上限,当长时间没有新任务时,空闲线程会被终止。newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
:创建一个可以安排任务的线程池,可以指定延迟执行任务或定期执行任务。
-
使用
ThreadPoolExecutor
类:
ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue)
:这是一个构造函数,可以自定义线程池的核心参数,如核心线程数、最大线程数、线程空闲时间、工作队列等。
使用
- 提交任务 :使用
execute(Runnable command)
或submit(Callable<T> task)
方法提交任务到线程池。 - 关闭线程池 :使用
shutdown()
方法关闭线程池,等待所有已提交的任务完成;使用shutdownNow()
方法立即关闭线程池并尝试取消正在执行的任务。
举例
- 使用Executors.newFixedThreadPool (5) 能创建出固定包含10个线程的线程池
- 返回值类型为ExecutorService
- 通过ExecutorService.submit可以注册一个任务到线程池中
java
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ExecutorService service= Executors.newFixedThreadPool(5);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
int id=i;
service.submit(()->{
System.out.println("执行任务"+id+";"+Thread.currentThread().getName());
});
}
// 最好不要立即就终止, 可能使任务还没执行完呢, 线程就被终止了.
Thread.sleep(2000);
// 关闭线程池
service.shutdown();
System.out.println("程序退出");
}
线程池配置参数分析*
ThreadPoolExecutor 提供了更多的可选参数, 可以进⼀步细化线程池⾏为的设定
-
核心线程数-CorePoolSize
- 参数名:
corePoolSize
- 描述:线程池中保持的线程的最少数量。即使线程池中没有任务需要执行,只要线程的数量不超过
corePoolSize
,线程池就不会销毁线程。这样可以保证线程池随时准备接收新的任务,而不需要频繁地创建和销毁线程。
- 参数名:
-
最大线程数-MaximumPoolSize
- 参数名:
maximumPoolSize
- 描述:线程池中允许的最大线程数量。当线程池中的活动线程数量达到
maximumPoolSize
后,线程池不会创建新的线程,而是将任务放入工作队列中等待执行。如果工作队列已满,线程池会采取拒绝策略处理新任务。
- 参数名:
-
空闲线程存活时间-KeepAliveTime
- 参数名:
keepAliveTime
- 描述:当线程池中的线程数量超过
corePoolSize
时,超出的线程会在没有任务可执行时等待的时间长度。如果在keepAliveTime
时间内没有新任务到来,超出的线程将被终止。这有助于控制线程池的规模,避免在任务量减少时线程资源的浪费。
- 参数名:
-
时间单位-Unit
- 参数名:
unit
- 描述:配合
keepAliveTime
使用,指定空闲线程存活时间的单位,如毫秒、秒、分钟等。
- 参数名:
-
工作队列-WorkQueue
- 参数名:
workQueue
- 描述:用于存放等待执行的任务的阻塞队列。当线程池中的线程数量达到
corePoolSize
且所有线程都在执行任务时,后续到达的任务会被放置在工作队列中等待执行。常见的队列类型有ArrayBlockingQueue
(有界队列)、LinkedBlockingQueue
(有界或无界队列)、SynchronousQueue
(不存储元素的队列)等。
- 参数名:
-
拒绝策略-RejectedExecutionHandler
- 参数名:
handler
- 描述:当线程池无法接受新任务时(即线程数量达到
maximumPoolSize
且工作队列已满)所采取的策略。
- 参数名:
常见的拒绝策略
AbortPolicy
:抛出RejectedExecutionException
异常。CallerRunsPolicy
:由调用者线程执行该任务,即直接在调用execute
方法的线程中执行任务。DiscardPolicy
:静默丢弃无法处理的任务。DiscardOldestPolicy
:丢弃队列中最老的任务,并尝试再次提交新任务。
模拟实现
- 核心操作为submit,将任务加入线程池
- 使用Runnable描述一个任务
- 使用一个BlockingQueue组织所有任务
- 不停从BlockingQueue中取任务并执行
java
class MyThreadPool{
private BlockingQueue<Runnable> queue=new ArrayBlockingQueue<>( 1000);
public MyThreadPool(int n){//此处的n表示可以创建几个线程
for (int i = 0; i < n; i++) {
Thread t=new Thread(()->{
while(true){
try {
Runnable runnable = queue.take();
runnable.run();
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
});
t.start();
}
}
/**
* 添加任务
* @param runnable
*/
public void submit(Runnable runnable){
try{
queue.put(runnable);
}catch (InterruptedException e){
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
测试代码
java
public static void main(String[] args) {
MyThreadPool pool=new MyThreadPool(5);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
int id=i;
pool.submit(()->{
System.out.println("执行任务"+id+";"+Thread.currentThread().getName());
});
}
}
测试结果
✒️二.定时器
在Java中,定时器(Timer)是一个重要的工具,用于执行定时任务,无论是单次的还是周期性的,类似于一个闹钟,到达一个设定的时间之后就会执行某个指定好的代码Java提供了多种方式来实现定时任务。
基本使用
其中最常用的是java.util.Timer
类和java.util.concurrent.ScheduledExecutorService
接口。下面将详细介绍这两种实现方式。
java.util.Timer
类
java.util.Timer
是一个简单的定时器类,它使用一个单独的守护线程来调度和执行任务。它通常与java.util.TimerTask
一起使用,后者是java.util.Timer
类的任务执行单元。
java
public static void main(String[] args) {
Timer timer=new Timer();
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello 3");
}
},3000);
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello 2");
}
},2000);
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("hello 1");
}
},1000);
}
注意事项
- 在使用定时器时,一定要处理好任务执行中可能出现的异常,否则守护线程可能因为异常而终止,导致定时器失效。
- 确保在应用程序结束前正确地关闭定时器,避免线程泄露和资源浪费。
- 考虑到线程安全和并发控制,
ScheduledExecutorService
在大多数情况下是更好的选择,尤其是当任务需要并发执行时。
模拟实现
java
package demo;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
/**
* 模拟实现定时器
*/
class MyTimerTask implements Comparable<MyTimerTask> {
private Runnable runnable;
private long time;
//此处的time是毫秒时间戳,表示这个任务具体啥时候执行
public MyTimerTask (Runnable runnable,long delay){
this.runnable=runnable;
this.time=System.currentTimeMillis()+delay;
}
public void run(){
runnable.run();
}
public long getTime(){
return time;
}
@Override
public int compareTo(MyTimerTask o) {
// 此处这里的 - 的顺序, 就决定了这里是大堆还是小堆.
// 此处需要小堆.
return (int)(this.time-o.time);
}
}
class MyTimer{
private PriorityQueue<MyTimerTask> queue=new PriorityQueue<>();
//如果用List不是最好的选择,在后续执行列表中任务时,需要依次遍历每个元素
private Object locker=new Object();
//创建线程,负责执行上述队列中的内容
public MyTimer(){
Thread t=new Thread(()->{
try{
while(true){
synchronized(locker){
while(queue.isEmpty()){
locker.wait();
}
MyTimerTask current=queue.peek();
if (System.currentTimeMillis()>=current.getTime()){
//执行该任务
current.run();
//将执行过的任务从队列中删除
queue.poll();
}else{
//暂且不执行
locker.wait(current.getTime()-System.currentTimeMillis());
}
}
}
}catch (InterruptedException e){
throw new RuntimeException(e);
}
});
t.start();
}
public void schedule(Runnable runnable,long delay){
synchronized(locker){
MyTimerTask current=new MyTimerTask(runnable,delay);
queue.offer(current);
locker.notify();
}
}
}
测试代码
java
public static void main(String[] args) {
MyTimer timer=new MyTimer();
timer.schedule(()->{
System.out.println("倒计时 2");
},2000);
timer.schedule(()->{
System.out.println("倒计时 1");
},3000);
timer.schedule(()->{
System.out.println("倒计时 3");
},1000);
//证明优先级队列的作用
}
结果
🖋️三.总结与反思
在深入研究Java并发编程的过程中,线程池和定时器是两个不可或缺的概念。它们不仅体现了Java在处理并发和定时任务上的强大功能,也反映了现代软件工程中资源管理和效率优化的重要性。以下是我在学习这两个主题后的总结与反思。
线程池:高效资源管理的艺术
线程池,顾名思义,是一个预先创建好的线程集合,用于执行提交的任务。它通过复用现有线程,避免了线程创建和销毁的开销,从而提高了系统的响应速度和资源利用率。线程池的配置参数,如核心线程数、最大线程数、工作队列类型等,需要根据具体的应用场景和系统资源进行细致调整。合理配置的线程池能够显著提升并发任务的处理能力,减少资源浪费,是高性能服务器应用的基石。
在实际应用中,我深刻体会到线程池的配置需要平衡并发度与系统负载。过多的线程可能导致系统资源紧张,而过少的线程则可能无法充分利用系统资源。此外,线程池的管理,如任务的排队策略、异常处理、线程的生命周期管理等,也是实现高效、健壮系统的关键。
定时器:精准时间控制的利器
定时器则是在Java中执行定时任务的重要工具。无论是简单的java.util.Timer
,还是更强大的java.util.concurrent.ScheduledExecutorService
,它们都提供了执行周期性或一次性定时任务的能力。定时器的使用极大地丰富了Java在事件驱动、任务调度等方面的功能,是实现自动化运维、数据定时处理等场景的基础。
在使用定时器时,我注意到几个关键点:首先,选择合适的定时器类型至关重要。Timer
简单易用,但ScheduledExecutorService
提供了更高级的调度策略和更好的并发支持。其次,定时任务的异常处理不容忽视,否则可能导致任务执行失败而不被察觉。最后,正确关闭定时器,避免线程泄露,是编写健壮程序的必要步骤。
反思
通过学习和实践线程池与定时器,我深刻理解到并发编程的复杂性和魅力。在设计系统时,不仅要考虑功能的实现,还要兼顾性能、资源管理和错误处理。线程池和定时器的合理应用,能够显著提升软件的响应速度和稳定性,但同时也对程序员提出了更高的要求。
面向未来,随着云计算和分布式系统的普及,线程池和定时器的概念将更加重要。如何在分布式环境中高效、安全地管理线程和执行定时任务,将成为新一代软件工程师面临的新挑战。掌握线程池和定时器的原理及最佳实践,无疑将为迎接这些挑战打下坚实的基础。
总之,Java中的线程池和定时器不仅是编程技巧的体现,更是现代软件工程思想的反映。通过深入学习和不断实践,我期待能够将这些知识应用于更复杂的系统设计和开发中,创造出既高效又可靠的软件产品。
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