spring的线程池和Java线程池的区别 spring 线程池原理

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云端筑梦大师 2024-01-10 22:58:10

文章标签 spring 线程池阻塞队列 文章分类 Java 后端开发

文章目录

1 线程池简介

1.1 为什么使用线程池
1.2 线程池为什么需要使用队列
1.3 线程池为什么要使用阻塞队列而不使用非阻塞队列
1.4 如何配置线程池
1.5 execute()和submit()方法
1.6 Spring线程池
1.7 @Async调用中的事务处理机制

2 示例

2.1 线程池配置类
2.2 异步方法
2.3 启动测试

1 线程池简介

1.1 为什么使用线程池

降低系统资源消耗，通过重用已存在的线程，降低线程创建和销毁造成的消耗；
提高系统响应速度，当有任务到达时，通过复用已存在的线程，无需等待新线程的创建便能立即执行；
方便线程并发数的管控，因为线程若是无限制的创建，可能会导致内存占用过多而产生OOM，并且会造成cpu过度切换（cpu切换线程是有时间成本的（需要保持当前执行线程的现场，并恢复要执行线程的现场）
提供更强大的功能，延时定时线程池

1.2 线程池为什么需要使用队列

因为线程若是无限制的创建，可能会导致内存占用过多而产生OOM，并且会造成cpu过度切换。

创建线程池的消耗较高或者线程池创建线程需要获取mainlock这个全局锁，影响并发效率，阻塞队列可以很好的缓冲

1.3 线程池为什么要使用阻塞队列而不使用非阻塞队列

阻塞队列可以保证任务队列中没有任务时阻塞获取任务的线程，使得线程进入wait状态，释放cpu资源，当队列中有任务时才唤醒对应线程从队列中取出消息进行执行。
使得在线程不至于一直占用cpu资源。（线程执行完任务后通过循环再次从任务队列中取出任务进行执行，代码片段如：while (task != null || (task = getTask()) != null) {}）。

不用阻塞队列也是可以的，不过实现起来比较麻烦而已，有好用的为啥不用呢

1.4 如何配置线程池

CPU密集型任务
尽量使用较小的线程池，一般为CPU核心数+1。因为CPU密集型任务使得CPU使用率很高，若开过多的线程数，会造成CPU过度切换
IO密集型任务
可以使用稍大的线程池，一般为2*CPU核心数。 IO密集型任务CPU使用率并不高，因此可以让CPU在等待IO的时候有其他线程去处理别的任务，充分利用CPU时间
混合型任务
可以将任务分成IO密集型和CPU密集型任务，然后分别用不同的线程池去处理。只要分完之后两个任务的执行时间相差不大，那么就会比串行执行来的高效
因为如果划分之后两个任务执行时间有数据级的差距，那么拆分没有意义。
因为先执行完的任务就要等后执行完的任务，最终的时间仍然取决于后执行完的任务，而且还要加上任务拆分与合并的开销，得不偿失

1.5 execute()和submit()方法

execute()，执行一个任务，没有返回值
submit()，提交一个线程任务，有返回值

submit(Callable<T> task)能获取到它的返回值，通过future.get()获取（阻塞直到任务执行完）。一般使用FutureTask+Callable配合使用
submit(Runnable task, T result)能通过传入的载体result间接获得线程的返回值。
submit(Runnable task)则是没有返回值的，就算获取它的返回值也是null

Future.get()方法会使取结果的线程进入阻塞状态，直到线程执行完成之后，唤醒取结果的线程，然后返回结果

1.6 Spring线程池

Spring 通过任务执行器（TaskExecutor）来实现多线程和并发编程，使用ThreadPoolTaskExecutor实现一个基于线程池的TaskExecutor，
还得需要使用@EnableAsync开启异步，并通过在需要的异步方法那里使用注解@Async声明是一个异步任务
Spring 已经实现的异常线程池：

SimpleAsyncTaskExecutor：不是真的线程池，这个类不重用线程，每次调用都会创建一个新的线程。
SyncTaskExecutor：这个类没有实现异步调用，只是一个同步操作。只适用于不需要多线程的地方
ConcurrentTaskExecutor：Executor的适配类，不推荐使用。如果ThreadPoolTaskExecutor不满足要求时，才用考虑使用这个类
SimpleThreadPoolTaskExecutor：是Quartz的SimpleThreadPool的类。线程池同时被quartz和非quartz使用，才需要使用此类
ThreadPoolTaskExecutor ：最常使用，推荐。其实质是对java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor的包装

1.7 @Async调用中的事务处理机制

点击了解使用@Async使用的事务问题

2 示例

2.1 线程池配置类

package cn.jzh.thread;
import org.springframework.aop.interceptor.AsyncUncaughtExceptionHandler;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.scheduling.annotation.AsyncConfigurer;
import org.springframework.scheduling.annotation.EnableAsync;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;

import java.util.concurrent.Executor;

@Configuration
@ComponentScan("cn.jzh.thread")
@EnableAsync  //开启异步操作
public class TaskExecutorConfig implements AsyncConfigurer {

    /**
     * 通过getAsyncExecutor方法配置ThreadPoolTaskExecutor,获得一个基于线程池TaskExecutor
     *
     * @return
     */
    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor pool = new ThreadPoolTaskExecutor();
        pool.setCorePoolSize(5);//核心线程数
        pool.setMaxPoolSize(10);//最大线程数
        pool.setQueueCapacity(25);//线程队列
        pool.initialize();//线程初始化
        return pool;
    }

    @Override
    public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
        return null;
    }
}

配置类中方法说明：
Spring 中的ThreadPoolExecutor是借助JDK并发包中的java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor来实现的。其中一些值的含义如下：

int corePoolSize:线程池维护线程的最小数量
int maximumPoolSize:线程池维护线程的最大数量，线程池中允许的最大线程数，线程池中的当前线程数目不会超过该值。如果队列中任务已满，并且当前线程个数小于maximumPoolSize，那么会创建新的线程来执行任务。
long keepAliveTime:空闲线程的存活时间TimeUnit
unit:时间单位，现由纳秒，微秒，毫秒，秒
BlockingQueue workQueue:持有等待执行的任务队列，一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，当线程池中的线程数超过它的corePoolSize的时候，线程会进入阻塞队列进行阻塞等待
RejectedExecutionHandler handler 线程池的拒绝策略，是指当任务添加到线程池中被拒绝，而采取的处理措施。
当任务添加到线程池中之所以被拒绝，可能是由于：第一，线程池异常关闭。第二，任务数量超过线程池的最大限制。
Reject策略预定义有四种：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy策略，是默认的策略,处理程序遭到拒绝将抛出运行时 RejectedExecutionException
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy策略 ,调用者的线程会执行该任务,如果执行器已关闭,则丢弃.
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy策略，不能执行的任务将被丢弃.
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy策略，如果执行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的任务将被删除，然后重试执行程序（如
果再次失败，则重复此过程）
自定义策略：当然也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化不能处理的任务

2.2 异步方法

@Async注解可以用在方法上，表示该方法是个异步方法，也可以用在类上，那么表示此类的所有方法都是异步方法
异步方法会自动注入使用ThreadPoolTaskExecutor作为TaskExecutor

package cn.jzh.thread;

import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.scheduling.annotation.AsyncResult;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.concurrent.Future;

@Service
public class AsyncTaskService {
    /**
     * 
     * @param i
     */
    @Async
    public void executeAsync(Integer i) throws Exception{
        System.out.println("线程ID：" + Thread.currentThread().getId() + "线程名字：" +Thread.currentThread().getName()+"执行异步任务:" + i);
    }

    @Async
    public Future<String> executeAsyncPlus(Integer i) throws Exception {
        System.out.println("线程ID：" + Thread.currentThread().getId() +"线程名字：" +Thread.currentThread().getName()+ "执行异步有返回的任务:" + i);
        return new AsyncResult<>("success:"+i);
    }

}

2.3 启动测试

package cn.jzh.thread;

import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;

import java.util.concurrent.Future;

public class MainApp {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        System.out.println("主线程id：" + Thread.currentThread().getId() + "开始执行调用任务...");
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(TaskExecutorConfig.class);
        AsyncTaskService service = context.getBean(AsyncTaskService.class);
        for (int i = 0;i<10;i++){
            service.executeAsync(i);
            Future<String> result = service.executeAsyncPlus(i);
            System.out.println("异步程序执行结束，获取子线程返回内容(会阻塞当前main线程)" + result.get());
        }
        context.close();

        System.out.println("主线程id：" + Thread.currentThread().getId() + "程序结束!!");
    }
}

注意：

是否影响主线程
如果main主线程不去获取子线程的结果(Future.get())，那么主线程完全可以不阻塞。那么，此时，主线程和子线程完全异步。此功能，可以做成类似MQ消息中间件之类的，消息异步进行发送
判断是否执行完毕
当返回的数据类型为Future类型，其为一个接口。具体的结果类型为AsyncResult,这个是需要注意的地方。
调用返回结果的异步方法，判断是否执行完毕时需要使用future.isDone()来判断是否执行完毕

public void testAsyncAnnotationForMethodsWithReturnType()  
   throws InterruptedException, ExecutionException {  
    System.out.println("Invoking an asynchronous method. "   + Thread.currentThread().getName());  
    Future<String> future = asyncAnnotationExample.asyncMethodWithReturnType();  
   
    while (true) {  ///这里使用了循环判断，等待获取结果信息  
        if (future.isDone()) {  //判断是否执行完毕  
            System.out.println("Result from asynchronous process - " + future.get());  
            break;  
        }  
        System.out.println("Continue doing something else. ");  
        Thread.sleep(1000);  
    }  
}

这些获取异步方法的结果信息，是通过不停的检查Future的状态来获取当前的异步方法是否执行完毕来实现的

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