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    Java中的線程池

    更新時間:2022-10-27 10:23:44 來源:動力節點 瀏覽33次

    服務器程序(如數據庫和 Web 服務器)重復執行來自多個客戶端的請求,這些程序旨在處理大量短任務。構建服務器應用程序的一種方法是在每次請求到達時創建一個新線程,并在新創建的線程中為這個新請求提供服務。雖然這種方法實施起來似乎很簡單,但它也有明顯的缺點。與處理實際請求相比,為每個請求創建新線程的服務器將花費更多時間和消耗更多系統資源來創建和銷毀線程。

    由于活動線程會消耗系統資源,同時創建過多線程的JVM會導致系統內存不足。這就需要限制正在創建的線程數。

    Java中的線程池是什么?

    線程池重用先前創建的線程來執行當前任務,并為線程周期開銷和資源抖動問題提供了解決方案。由于請求到達時線程已經存在,因此消除了線程創建引入的延遲,使應用程序更具響應性。

    Java 提供了以 Executor 接口為中心的 Executor 框架,它的子接口ExecutorService和實現這兩個接口的類ThreadPoolExecutor 。通過使用執行器,只需實現 Runnable 對象并將它們發送到執行器執行。

    它們允許您利用線程,但專注于您希望線程執行的任務,而不是線程機制。

    要使用線程池,我們首先創建一個 ExecutorService 對象并將一組任務傳遞給它。ThreadPoolExecutor 類允許設置核心和最大池大小。由特定線程運行的可運行對象按順序執行。

    線程池示例

    在下面的教程中,我們將看一個線程池執行器的基本示例——FixedThreadPool。

    應遵循的步驟

     

    1.創建一個任務(Runnable Object)來執行

    2.使用Executors創建Executor Pool

    3.將任務傳遞給Executor Pool

    4. 關閉執行器池

    // Java program to illustrate
    // ThreadPool
    import java.text.SimpleDateFormat;
    import java.util.Date;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    // Task class to be executed (Step 1)
    class Task implements Runnable
    {
    	private String name;	
    	public Task(String s)
    	{
    		name = s;
    	}	
    	// Prints task name and sleeps for 1s
    	// This Whole process is repeated 5 times
    	public void run()
    	{
    		try
    		{
    			for (int i = 0; i<=5; i++)
    			{
    				if (i==0)
    				{
    					Date d = new Date();
    					SimpleDateFormat ft = new SimpleDateFormat("hh:mm:ss");
    					System.out.println("Initialization Time for"
    							+ " task name - "+ name +" = " +ft.format(d));
    					//prints the initialization time for every task
    				}
    				else
    				{
    					Date d = new Date();
    					SimpleDateFormat ft = new SimpleDateFormat("hh:mm:ss");
    					System.out.println("Executing Time for task name - "+
    							name +" = " +ft.format(d));
    					// prints the execution time for every task
    				}
    				Thread.sleep(1000);
    			}
    			System.out.println(name+" complete");
    		}		
    		catch(InterruptedException e)
    		{
    			e.printStackTrace();
    		}
    	}
    }
    public class Test
    {
    	// Maximum number of threads in thread pool
    	static final int MAX_T = 3;			
    	public static void main(String[] args)
    	{
    		// creates five tasks
    		Runnable r1 = new Task("task 1");
    		Runnable r2 = new Task("task 2");
    		Runnable r3 = new Task("task 3");
    		Runnable r4 = new Task("task 4");
    		Runnable r5 = new Task("task 5");			
    		// creates a thread pool with MAX_T no. of
    		// threads as the fixed pool size(Step 2)
    		ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(MAX_T);		
    		// passes the Task objects to the pool to execute (Step 3)
    		pool.execute(r1);
    		pool.execute(r2);
    		pool.execute(r3);
    		pool.execute(r4);
    		pool.execute(r5);		
    		// pool shutdown ( Step 4)
    		pool.shutdown();	
    	}
    }

    樣品執行

    輸出:
    任務名稱的初始化時間 - 任務 2 = 02:32:56
    任務名稱的初始化時間 - 任務 1 = 02:32:56
    任務名稱的初始化時間 - 任務 3 = 02:32:56
    任務名稱的執行時間 - 任務 1 = 02:32:57
    任務名稱的執行時間 - 任務 2 = 02:32:57
    任務名稱的執行時間 - 任務 3 = 02:32:57
    任務名稱的執行時間 - 任務 1 = 02:32:58
    任務名稱的執行時間 - 任務 2 = 02:32:58
    任務名稱的執行時間 - 任務 3 = 02:32:58
    任務名稱的執行時間 - 任務 1 = 02:32:59
    任務名稱的執行時間 - 任務 2 = 02:32:59
    任務名稱的執行時間 - 任務 3 = 02:32:59
    任務名稱的執行時間 - 任務 1 = 02:33:00
    任務名稱的執行時間 - 任務 3 = 02:33:00
    任務名稱的執行時間 - 任務 2 = 02:33:00
    任務名稱的執行時間 - 任務 2 = 02:33:01
    任務名稱的執行時間 - 任務 1 = 02:33:01
    任務名稱的執行時間 - 任務 3 = 02:33:01
    任務2完成
    任務1完成
    任務3完成
    任務名稱的初始化時間 - 任務 5 = 02:33:02
    任務名稱的初始化時間 - 任務 4 = 02:33:02
    任務名稱的執行時間 - 任務 4 = 02:33:03
    任務名稱的執行時間 - 任務 5 = 02:33:03
    任務名稱的執行時間 - 任務 5 = 02:33:04
    任務名稱的執行時間 - 任務 4 = 02:33:04
    任務名稱的執行時間 - 任務 4 = 02:33:05
    任務名稱的執行時間 - 任務 5 = 02:33:05
    任務名稱的執行時間 - 任務 5 = 02:33:06
    任務名稱的執行時間 - 任務 4 = 02:33:06
    任務名稱的執行時間 - 任務 5 = 02:33:07
    任務名稱的執行時間 - 任務 4 = 02:33:07
    任務5完成
    任務4完成

    從程序的執行中可以看出,只有當池中的線程空閑時,才會執行任務 4 或任務 5。在那之前,額外的任務被放置在一個隊列中。

    使用這種方法的主要優點之一是當您希望一次處理 100 個請求,但又不想為相同的請求創建 100 個線程時,以減少 JVM 過載。您可以使用這種方法創建一個 10 個線程的 ThreadPool,您可以向該 ThreadPool 提交 100 個請求。

    ThreadPool 將創建最多 10 個線程來一次處理 10 個請求。在任何單個線程處理完成后,

    ThreadPool 會在內部將第 11 個請求分配給這個 Thread

    并將繼續對所有剩余的請求執行相同的操作。

    使用線程池的風險

    死鎖:

    雖然死鎖可能發生在任何多線程程序中,但線程池引入了另一種死鎖情況,在這種情況下,由于線程不可用,所有正在執行的線程都在等待隊列中等待的阻塞線程的結果。

    線程泄漏:如果線程從池中刪除以執行任務但在任務完成時沒有返回給它,則會發生線程泄漏。例如,如果線程拋出異常并且池類沒有捕捉到這個異常,那么線程將簡單地退出,將線程池的大小減少一。如果這種情況重復很多次,那么池最終會變空,并且沒有線程可用于執行其他請求。

    資源抖動:如果線程池大小非常大,那么在線程之間的上下文切換中浪費時間。正如解釋的那樣,擁有比最佳數量更多的線程可能會導致導致資源抖動的饑餓問題。

    要點

    不要將同時等待其他任務結果的任務排隊。這可能導致如上所述的死鎖情況。

    使用線程進行長期操作時要小心。這可能會導致線程永遠等待并最終導致資源泄漏。

    線程池必須在最后顯式結束。如果不這樣做,那么程序將繼續執行并且永遠不會結束。在池上調用 shutdown() 以結束執行程序。如果您在關閉后嘗試向執行器發送另一個任務,它將拋出 RejectedExecutionException。

    需要了解有效調整線程池的任務。如果任務差異很大,那么為不同類型的任務使用不同的線程池以便正確調整它們是有意義的。

    您可以限制可以在 JVM 中運行的最大線程數,從而減少 JVM 內存不足的機會。

    如果您需要實現循環來創建新線程(Java線程創建方式)進行處理,使用 ThreadPool 將有助于更快地處理,因為 ThreadPool 在達到最大限制后不會創建新線程。

    Thread Processing 完成后,ThreadPool 可以使用同一個 Thread 做另一個進程(這樣可以節省創建另一個 Thread 的時間和資源。)

    調優線程池

    線程池的最佳大小取決于可用處理器的數量和任務的性質。在一個只有計算類型進程的隊列的 N 處理器系統上,最大線程池大小為 N 或 N+1 將實現最大效率。但是任務可能會等待 I/O,在這種情況下,我們會考慮比率請求的等待時間(W)和服務時間(S);導致最大池大小為 N*(1+ W/S) 以獲得最大效率。

    線程池是組織服務器應用程序的有用工具。它在概念上非常簡單,但是在實現和使用它時需要注意幾個問題,例如死鎖、資源抖動。使用執行器服務更容易實現。

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