如何优雅的使用和理解线程池-linux运维-PHP中文网

前言

平时接触过多线程开发的童鞋应该都或多或少了解过线程池，之前发布的《阿里巴巴 java 手册》里也有一条：

可见线程池的重要性。

简单来说使用线程池有以下几个目的：

线程是稀缺资源，不能频繁的创建。解耦作用；线程的创建于执行完全分开，方便维护。应当将其放入一个池子中，可以给其他任务进行复用。线程池原理

谈到线程池就会想到池化技术，其中最核心的思想就是把宝贵的资源放到一个池子中；每次使用都从里面获取，用完之后又放回池子供其他人使用，有点吃大锅饭的意思。

那在 Java 中又是如何实现的呢？

在 JDK 1.5 之后推出了相关的 api，常见的创建线程池方式有以下几种：

Executors.newCachedThreadPool()：无限线程池。Executors.newFixedThreadPool(nThreads)：创建固定大小的线程池。Executors.newSingleThreadExecutor()：创建单个线程的线程池。

其实看这三种方式创建的源码就会发现：

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<code class="javascript">    public static ExecutorService newCachedThreadPool() {        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,                                      60L, TimeUnit.SECONDS,                                      new SynchronousQueue<Runnable>());    }</code>

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实际上还是利用 ThreadPoolExecutor 类实现的。

所以我们重点来看下 ThreadPoolExecutor 是怎么玩的。

首先是创建线程的 api：

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<code class="javascript">ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler) </code>

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这几个核心参数的作用：

corePoolSize 为线程池的基本大小。maximumPoolSize 为线程池最大线程大小。keepAliveTime 和 unit 则是线程空闲后的存活时间。workQueue 用于存放任务的阻塞队列。handler 当队列和最大线程池都满了之后的饱和策略。

了解了这几个参数再来看看实际的运用。

通常我们都是使用:

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<code class="javascript">threadPool.execute(new Job());</code>

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这样的方式来提交一个任务到线程池中，所以核心的逻辑就是 execute() 函数了。

在具体分析之前先了解下线程池中所定义的状态，这些状态都和线程的执行密切相关：

RUNNING 自然是运行状态，指可以接受任务执行队列里的任务SHUTDOWN 指调用了 shutdown() 方法，不再接受新任务了，但是队列里的任务得执行完毕。STOP 指调用了 shutdownNow() 方法，不再接受新任务，同时抛弃阻塞队列里的所有任务并中断所有正在执行任务。TIDYING 所有任务都执行完毕，在调用 shutdown()/shutdownNow() 中都会尝试更新为这个状态。TERMINATED 终止状态，当执行 terminated() 后会更新为这个状态。

用图表示为：

然后看看 execute() 方法是如何处理的：

获取当前线程池的状态。当前线程数量小于 coreSize 时创建一个新的线程运行。如果当前线程处于运行状态，并且写入阻塞队列成功。双重检查，再次获取线程状态；如果线程状态变了（非运行状态）就需要从阻塞队列移除任务，并尝试判断线程是否全部执行完毕。同时执行拒绝策略。如果当前线程池为空就新创建一个线程并执行。如果在第三步的判断为非运行状态，尝试新建线程，如果失败则执行拒绝策略。

这里借助《聊聊并发》的一张图来描述这个流程：

如何配置线程

流程聊完了再来看看上文提到了几个核心参数应该如何配置呢？

有一点是肯定的，线程池肯定是不是越大越好。

通常我们是需要根据这批任务执行的性质来确定的。

IO 密集型任务：由于线程并不是一直在运行，所以可以尽可能的多配置线程，比如 CPU 个数 * 2CPU 密集型任务（大量复杂的运算）应当分配较少的线程，比如 CPU 个数相当的大小。

当然这些都是经验值，最好的方式还是根据实际情况测试得出最佳配置。

优雅的关闭线程池

有运行任务自然也有关闭任务，从上文提到的 5 个状态就能看出如何来关闭线程池。

其实无非就是两个方法 shutdown()/shutdownNow()。

但他们有着重要的区别：

shutdown() 执行后停止接受新任务，会把队列的任务执行完毕。shutdownNow() 也是停止接受新任务，但会中断所有的任务，将线程池状态变为 stop。

shutdownNow() 要更简单粗暴，可以根据实际场景选择不同的方法。

我通常是按照以下方式关闭线程池的：

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<code class="javascript">        long start = System.currentTimeMillis();        for (int i = 0; i <= 5; i++) {            pool.execute(new Job());        }        pool.shutdown();        while (!pool.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS)) {            LOGGER.info("线程还在执行。。。");        }        long end = System.currentTimeMillis();        LOGGER.info("一共处理了【{}】", (end - start));</code>

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pool.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS) 会每隔一秒钟检查一次是否执行完毕（状态为 TERMINATED），当从 while 循环退出时就表明线程池已经完全终止了。

SpringBoot 使用线程池

2018 年了，SpringBoot 盛行；来看看在 SpringBoot 中应当怎么配置和使用线程池。

既然用了 SpringBoot ，那自然得发挥 Spring 的特性，所以需要 Spring 来帮我们管理线程池：

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<code class="javascript">@Configurationpublic class TreadPoolConfig {    /**     * 消费队列线程     * @return     */    @Bean(value = "consumerQueueThreadPool")    public ExecutorService buildConsumerQueueThreadPool(){        ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder()                .setNameFormat("consumer-queue-thread-%d").build();        ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,                new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5),namedThreadFactory,new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());        return pool ;    }}</code>

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使用时：

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<code class="javascript">    @Resource(name = "consumerQueueThreadPool")    private ExecutorService consumerQueueThreadPool;    @Override    public void execute() {        //消费队列        for (int i = 0; i < 5; i++) {            consumerQueueThreadPool.execute(new ConsumerQueueThread());        }    }</code>

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其实也挺简单，就是创建了一个线程池的 bean，在使用时直接从 Spring 中取出即可。

监控线程池

谈到了 SpringBoot，也可利用它 actuator 组件来做线程池的监控。

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线程怎么说都是稀缺资源，对线程池的监控可以知道自己任务执行的状况、效率等。

关于 actuator 就不再细说了，感兴趣的可以看看这篇，有详细整理过如何暴露监控端点。

其实 ThreadPool 本身已经提供了不少 api 可以获取线程状态：

很多方法看名字就知道其含义，只需要将这些信息暴露到 SpringBoot 的监控端点中，我们就可以在可视化页面查看当前的线程池状态了。

甚至我们可以继承线程池扩展其中的几个函数来自定义监控逻辑：

看这些名称和定义都知道，这是让子类来实现的。

可以在线程执行前、后、终止状态执行自定义逻辑。

线程池隔离

如果我们很多业务都依赖于同一个线程池,当其中一个业务因为各种不可控的原因消耗了所有的线程，导致线程池全部占满。

这样其他的业务也就不能正常运转了，这对系统的打击是巨大的。

比如我们 Tomcat 接受请求的线程池，假设其中一些响应特别慢，线程资源得不到回收释放；线程池慢慢被占满，最坏的情况就是整个应用都不能提供服务。

所以我们需要将线程池进行隔离。

通常的做法是按照业务进行划分：

hystrix 隔离

这样的需求 Hystrix 已经帮我们实现了。

下面来看看 Hystrix 简单的应用：

首先需要定义两个线程池，分别用于执行订单、处理用户。

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<code class="javascript">/** * Function:订单服务 * * @author crossoverJie *         Date: 2018/7/28 16:43 * @since JDK 1.8 */public class CommandOrder extends HystrixCommand<String> {    private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(CommandOrder.class);    private String orderName;    public CommandOrder(String orderName) {        super(Setter.withGroupKey(                //服务分组                HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("OrderGroup"))                //线程分组                .andThreadPoolKey(HystrixThreadPoolKey.Factory.asKey("OrderPool"))                //线程池配置                .andThreadPoolPropertiesDefaults(HystrixThreadPoolProperties.Setter()                        .withCoreSize(10)                        .withKeepAliveTimeMinutes(5)                        .withMaxQueueSize(10)                        .withQueueSizeRejectionThreshold(10000))                .andCommandPropertiesDefaults(                        HystrixCommandProperties.Setter()                                .withExecutionIsolationStrategy(HystrixCommandProperties.ExecutionIsolationStrategy.THREAD))        )        ;        this.orderName = orderName;    }    @Override    public String run() throws Exception {        LOGGER.info("orderName=[{}]", orderName);        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);        return "OrderName=" + orderName;    }}/** * Function:用户服务 * * @author crossoverJie *         Date: 2018/7/28 16:43 * @since JDK 1.8 */public class CommandUser extends HystrixCommand<String> {    private final static Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(CommandUser.class);    private String userName;    public CommandUser(String userName) {        super(Setter.withGroupKey(                //服务分组                HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("UserGroup"))                //线程分组                .andThreadPoolKey(HystrixThreadPoolKey.Factory.asKey("UserPool"))                //线程池配置                .andThreadPoolPropertiesDefaults(HystrixThreadPoolProperties.Setter()                        .withCoreSize(10)                        .withKeepAliveTimeMinutes(5)                        .withMaxQueueSize(10)                        .withQueueSizeRejectionThreshold(10000))                //线程池隔离                .andCommandPropertiesDefaults(                        HystrixCommandProperties.Setter()                                .withExecutionIsolationStrategy(HystrixCommandProperties.ExecutionIsolationStrategy.THREAD))        )        ;        this.userName = userName;    }    @Override    public String run() throws Exception {        LOGGER.info("userName=[{}]", userName);        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);        return "userName=" + userName;    }}</code>

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api 特别简洁易懂，具体详情请查看官方文档。

然后模拟运行：

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<code class="javascript">    public static void main(String[] args) throws Exception {        CommandOrder commandPhone = new CommandOrder("手机");        CommandOrder command = new CommandOrder("电视");        //阻塞方式执行        String execute = commandPhone.execute();        LOGGER.info("execute=[{}]", execute);        //异步非阻塞方式        Future<String> queue = command.queue();        String value = queue.get(200, TimeUnit.MILLISECONDS);        LOGGER.info("value=[{}]", value);        CommandUser commandUser = new CommandUser("张三");        String name = commandUser.execute();        LOGGER.info("name=[{}]", name);    }</code>

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运行结果：