Java配置線程池

来源:https://www.cnblogs.com/kakarotto-chen/archive/2023/05/24/17428432.html
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# 一、Java配置線程池 ## 1、線程池==分類==、其他 ### 1.1、分類 ==IO密集型 和 CPU密集型== 任務的特點不同，因此針對不同類型的任務，選擇不同類型的線程池可以獲得更好的性能表現。 #### 1.1. IO密集型任務 ​ IO密集型任務的特點是需要頻繁讀寫磁碟、網路或者其 ...


一、Java配置線程池

1、線程池分類、其他

1.1、分類

IO密集型 和 CPU密集型 任務的特點不同，因此針對不同類型的任務，選擇不同類型的線程池可以獲得更好的性能表現。

1.1. IO密集型任務

​ IO密集型任務的特點是需要頻繁讀寫磁碟、網路或者其他IO資源，執行時間長，CPU占用率較低。

對於這類任務，線程的執行時間主要取決於IO操作的速度，而非CPU的執行能力。

​ 因此，線程池的線程數應該設置較大，以便充分利用IO資源。

通常建議使用CachedThreadPool線程池或者FixedThreadPool線程池來處理IO密集型任務。

1.2. CPU密集型任務

​ CPU密集型任務的特點是需要進行大量的計算，執行時間長，CPU占用率較高。

對於這類任務，線程的執行時間主要取決於CPU的執行能力。

​ 因此，線程池的線程數應該設置較小，以充分利用CPU的計算能力，避免過多的線程切換和上下文切換導致的性能損失。

通常建議使用FixedThreadPool線程池或者SingleThreadPool線程池來處理CPU密集型任務。

總之，選擇恰當的線程池類型可以充分發揮不同類型任務的性能，提高程式效率和響應速度。

1.2. 非同步線程池的選擇

對於非同步線程池，通常建議使用IO密集型線程池。
非同步任務通常是網路IO或磁碟IO等操作，這些操作的執行時間相對於CPU計算的執行時間要長得多。
使用IO密集型線程池可以更好地利用IO資源，提高多個非同步任務的執行效率和吞吐量，
同時避免由於過多的線程切換和上下文切換導致的性能損失。

1.3. 線程池工作步奏

很多任務——》線程池創建核心線程——》任務超過最大線程——》把任務放入隊列中等待執行——》隊列中放滿了——》進入處理策略

2、線程池參數、合理參數

2.1、參數

①、核心線程數

當線程池中的線程數量為 corePoolSize核心線程數 時，即使這些線程處於空閑狀態，也不會銷毀（除非設置 allowCoreThreadTimeOut=true）。
//  -> 核心線程，也就是正在處理中的任務
//  -> 雖然 CPU 核心數可以作為線程池中線程數量的參考指標，但最終線程數量還需要根據具體情況進行設置和調整。
//  -> 如果同時運行的線程數量超過 CPU 核心數，就會發生--線程上下文切換--，導致額外的開銷和性能下降。所以線程不能創建得過多

②、最大線程數

線程池中允許的線程數量的最大值。
        //  -> 當線程數 = maxPoolSize最大線程數時，還有新任務，就會放進隊列中等待執行 ↓↓↓

③、隊列長度

當核心線程數達到最大時，新任務會放在隊列中排隊等待執行
        //  -> 根據業務配置，如果隊列長度過大，可能會導致系統記憶體資源占用過高，最終導致 OOM，需要註意控制
        //  -> 如果需要執行的任務裝滿了隊列，就會走拒絕策略 ↓↓↓

④、拒絕策略

(官方提供4種，也可以自定義)：因達到線程邊界和任務隊列滿時，針對新任務的處理方法。
        // -> AbortPolicy：直接丟棄任務並拋出 RejectedExecutionException 異常。(預設策略)
        // -> DiscardPolicy：直接丟棄掉，不會拋出異常
        // -> DiscardOldestPolicy：丟棄隊列最前面的任務，然後重新嘗試執行任務（重覆此過程）
        // -> CallerRunsPolicy：交給主線程（調用線程）去執行

⑤、空閑線程存活時間

(預設60s)：設置當前線程池中空閑線程的存活時間，即線程池中的線程如果有一段時間沒有任務可執行，則會被回收掉。
        //  -> 當線程池中的線程數大於 corePoolSize 時，多餘的空閑線程將在銷毀之前等待新任務的最長時間。
        //  -> 如果一個線程在空閑時間超過了 keepAliveSeconds，且當前線程池中線程數量大於 corePoolSize，則該線程將會被回收；
        //  -> 核心線程會一直存活，除非線程池被關閉 或 設置下麵的參數
        //  -> 如果 AllowCoreThreadTimeout設置為true，核心線程也會被回收，直到線程池中的線程數降為 0。
        //     但如果線程池中有任務在執行，那麼空閑線程就會一直保持存活狀態，直到任務執行完畢。
        //  -> 該方法的使用可以將線程池的空閑線程回收，以減少資源占用，同時也能保證線程池中始終有可用的線程來執行任務，提高線程池的效率。

⑥、是否禁止線程池自動終止空閑的核心線程

為 true 時，空閑的核心線程會在 keepAliveTime 時間後被回收，並且在後續任務到來時需要重新創建線程來執行任務。
        // 為 false 時，線程池中的核心線程不會被回收，即使它們處於空閑狀態一段時間。
        //  -> 線上程池創建時，就會預先創建核心線程數的線程，這些線程將一直存在，除非線程池被關閉或重新配置。

⑦、當前線程池的等待時間

指等待所有任務執行完畢後線程池的最長時間。300秒 = 5分鐘
        // -> 當所有任務執行完畢後，線程池會等待一段時間（即等待時間），來確保所有任務都已經完成。
        // -> 如果在等待時間內所有任務仍未完成，則線程池會強制停止，以確保任務不會無限制地執行下去。

⑧、當前線程池是否在關閉時等待所有任務執行完成

		// -> 可以確保所有任務都執行完畢後才關閉線程池，避免任務被丟棄，同時也確保線程池可以正常結束，釋放資源。
        // -> 為 true 時，線程池在關閉時會等待所有任務都執行完成後再關閉
        // -> 為 false 時，線程池會直接關閉，未執行完成的任務將被丟棄。

⑨、線程名稱首碼

		// 9線程首碼名稱
        executor.setThreadNamePrefix("myIo-Th-Pool-");
        // 初始化
        executor.initialize();

2.2、合理配置

①線程數量：N = 電腦cpu數量

  • 如果同時運行的線程數量超過 CPU 核心數，就會發生--線程上下文切換--，導致額外的開銷和性能下降。所以線程不能創建得過多
  • 一般的配置如下：也可以通過計算獲取。
     * IO密級 ：2 * N
     * CPU密級：1 + N

②隊列長度：

  • 如果隊列長度過大，可能會導致系統記憶體資源占用過高，最終導致 OOM，需要註意控制
  • 根據自身業務配置

3、配置

3.1、配置線程池的Bean的選擇

配置線程池選擇：ThreadPoolTaskExecutor（Spring項目推薦），還是選擇ThreadPoolExecutor？

ThreadPoolTaskExecutor 是 Spring 框架中對 Java 自帶的線程池 ThreadPoolExecutor 進行了封裝和擴展，並增加了一些優化和功能。通常來說，如果你使用 Spring 框架，需要使用線程池，那麼建議使用 ThreadPoolTaskExecutor。 ThreadPoolTaskExecutor 提供了更多的配置選項，例如線程池的最大線程數、核心線程數、緩衝隊列大小、線程命名首碼、線程池飽和策略等等，同時可以方便地集成到 Spring 應用中。另外，ThreadPoolTaskExecutor 還能夠支持非同步執行任務，使用方便。 相比之下，ThreadPoolExecutor 是 Java 自帶的線程池實現類，提供了基本的線程池功能，但沒有 ThreadPoolTaskExecutor 提供的更多配置選項和功能。如果你不使用 Spring 框架，或者使用 Spring 框架但不需要使用其提供的線程池實現，那麼可以考慮使用 ThreadPoolExecutor。

綜上所述，選擇使用 ThreadPoolTaskExecutor 還是 ThreadPoolExecutor 取決於具體的業務需求和技術棧，可以根據實際情況進行選擇。

3.2、獲取當前電腦（伺服器）的核心線程數

int N = Runtime.getRuntime().availableProcessors()

3.3、IO密集型

package com.cc.md.config;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.annotation.EnableAsync;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

/** IO型的線程池
 * <li>IO密集型配置線程數經驗值是：2N (CPU核數*2)</li>
 * <li>非同步線程池：建議用io密集型：</li>
 *      對於非同步線程池，通常建議使用IO密集型線程池。
 *      非同步任務通常是網路IO或磁碟IO等操作，這些操作的執行時間相對於CPU計算的執行時間要長得多。
 *      使用IO密集型線程池可以更好地利用IO資源，提高多個非同步任務的執行效率和吞吐量，
 *      同時避免由於過多的線程切換和上下文切換導致的性能損失。
 * @author CC
 * @since 2023/5/23 0023
 */
@Configuration
@EnableAsync
public class IoThreadPool {

    /** 線程數量
     * CUP數量：N = Runtime.getRuntime().availableProcessors()
     * IO密級：2 * N
     * CPU密級：1 + N
     */
    public static final int THREAD_SIZE = 2 * (Runtime.getRuntime().availableProcessors());
    /**
     * 隊列大小
     */
    public static final int QUEUE_SIZE = 1000;

    @Bean(name = "myIoThreadPool")
    public ThreadPoolTaskExecutor threadPoolExecutor(){
        //配置線程池選擇：ThreadPoolTaskExecutor，還是選擇ThreadPoolExecutor好些？
        // -> ThreadPoolTaskExecutor 是 Spring 框架中對 Java 自帶的線程池 ThreadPoolExecutor 進行了封裝和擴展，
        //    並增加了一些優化和功能。通常來說，如果你使用 Spring 框架，需要使用線程池，那麼建議使用 ThreadPoolTaskExecutor。
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        // 1核心線程數：當線程池中的線程數量為 corePoolSize 時，即使這些線程處於空閑狀態，也不會銷毀（除非設置 allowCoreThreadTimeOut=true）。
        //  -> 核心線程，也就是正在處理中的任務
        //  -> 雖然 CPU 核心數可以作為線程池中線程數量的參考指標，但最終線程數量還需要根據具體情況進行設置和調整。
        //  -> 如果同時運行的線程數量超過 CPU 核心數，就會發生--線程上下文切換--，導致額外的開銷和性能下降。所以線程不能創建得過多
        executor.setCorePoolSize(THREAD_SIZE);
        // 2最大線程數：線程池中允許的線程數量的最大值。
        //  -> 當線程數 = maxPoolSize最大線程數時，還有新任務，就會放進隊列中等待執行 ↓↓↓
        executor.setMaxPoolSize(THREAD_SIZE);
        // 3隊列長度：當核心線程數達到最大時，新任務會放在隊列中排隊等待執行
        //  -> 根據業務配置，如果隊列長度過大，可能會導致系統記憶體資源占用過高，最終導致 OOM，需要註意控制
        //  -> 如果需要執行的任務裝滿了隊列，就會走拒絕策略 ↓↓↓
        executor.setQueueCapacity(QUEUE_SIZE);
        // 4拒絕策略(官方提供4種，也可以自定義)：因達到線程邊界和任務隊列滿時，針對新任務的處理方法。
        // -> AbortPolicy：直接丟棄任務並拋出 RejectedExecutionException 異常。(預設策略)
        // -> DiscardPolicy：直接丟棄掉，不會拋出異常
        // -> DiscardOldestPolicy：丟棄隊列最前面的任務，然後重新嘗試執行任務（重覆此過程）
        // -> CallerRunsPolicy：交給主線程（調用線程）去執行
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        // 5空閑線程存活時間(預設60s)：設置當前線程池中空閑線程的存活時間，即線程池中的線程如果有一段時間沒有任務可執行，則會被回收掉。
        //  -> 當線程池中的線程數大於 corePoolSize 時，多餘的空閑線程將在銷毀之前等待新任務的最長時間。
        //  -> 如果一個線程在空閑時間超過了 keepAliveSeconds，且當前線程池中線程數量大於 corePoolSize，則該線程將會被回收；
        //  -> 核心線程會一直存活，除非線程池被關閉 或 設置下麵的參數
        //  -> 如果 AllowCoreThreadTimeout設置為true，核心線程也會被回收，直到線程池中的線程數降為 0。
        //     但如果線程池中有任務在執行，那麼空閑線程就會一直保持存活狀態，直到任務執行完畢。
        //  -> 該方法的使用可以將線程池的空閑線程回收，以減少資源占用，同時也能保證線程池中始終有可用的線程來執行任務，提高線程池的效率。
        executor.setKeepAliveSeconds(60);
        //6是否禁止線程池自動終止空閑的核心線程。
        // 為 true 時，空閑的核心線程會在 keepAliveTime 時間後被回收，並且在後續任務到來時需要重新創建線程來執行任務。
        // 為 false 時，線程池中的核心線程不會被回收，即使它們處於空閑狀態一段時間。
        //  -> 線上程池創建時，就會預先創建核心線程數的線程，這些線程將一直存在，除非線程池被關閉或重新配置。
        executor.setAllowCoreThreadTimeOut(true);
        // 7當前線程池的等待時間：指等待所有任務執行完畢後線程池的最長時間。300秒 = 5分鐘
        // -> 當所有任務執行完畢後，線程池會等待一段時間（即等待時間），來確保所有任務都已經完成。
        // -> 如果在等待時間內所有任務仍未完成，則線程池會強制停止，以確保任務不會無限制地執行下去。
        executor.setAwaitTerminationSeconds(300);
        // 8當前線程池是否在關閉時等待所有任務執行完成
        // -> 可以確保所有任務都執行完畢後才關閉線程池，避免任務被丟棄，同時也確保線程池可以正常結束，釋放資源。
        // -> 為 true 時，線程池在關閉時會等待所有任務都執行完成後再關閉
        // -> 為 false 時，線程池會直接關閉，未執行完成的任務將被丟棄。
        executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        // 9線程首碼名稱
        executor.setThreadNamePrefix("myIo-Th-Pool-");
        // 初始化
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}

3.4、CPU密集型

package com.cc.md.config;

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

/** CPU型的線程池
 * @author CC
 * @since 2023/5/23 0023
 */
@Configuration
public class CpuThreadPool {

    /** 線程數量
     * CUP數量：N = Runtime.getRuntime().availableProcessors()
     * IO密級：2 * N
     * CPU密級：1 + N
     */
    public static final int THREAD_SIZE = 1 + (Runtime.getRuntime().availableProcessors());
    /**
     * 隊列大小
     */
    public static final int QUEUE_SIZE = 1000;

    @Bean(name = "myCpuThreadPool")
    public ThreadPoolTaskExecutor threadPoolExecutor(){
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(THREAD_SIZE);
        executor.setMaxPoolSize(THREAD_SIZE);
        executor.setQueueCapacity(QUEUE_SIZE);
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        executor.setKeepAliveSeconds(60);
        executor.setAllowCoreThreadTimeOut(true);
        executor.setAwaitTerminationSeconds(300);
        executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        executor.setThreadNamePrefix("myCpu-T-Pool-");
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}

4、線程池的原始使用

  • 不要這樣使用
  • 使用CompletableFuture：見《Java的CompletableFuture，Java的多線程開發》
    @Resource(name = "myIoThreadPool")
    private ThreadPoolTaskExecutor myIoThreadPool;
    
    //線程池原始的使用
    @Test
    void test2() {
        try {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                int finalI = i;
                myIoThreadPool.submit(() -> {
                    //第一批創建的線程數
                    log.info("列印：{}", finalI);
                    //模仿io流耗時
                    try {
                        Thread.sleep(5000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                });
            }
        }catch(Exception e){
            throw new RuntimeException(e);
        }finally {
            myIoThreadPool.shutdown();
        }
    }
  • 參考

https://zhuanlan.zhihu.com/p/112527671

https://blog.csdn.net/shang_0122/article/details/120777113

https://blog.csdn.net/zhuimeng_by/article/details/107891268

https://blog.csdn.net/qq_25720801/article/details/129559164


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