理解Java并发(2)：ThreadPoolExecutor解析

Riguz Lee · 2019-10-31 · 刨根问底, ~理解Java并发, 并发编程, Concurrent

使用多线程技术可以有效的利用CPU时间，在同一个时间内完成更多的任务，但同时值得注意的是，线程创建本身也是有开销的，线程池使得我们可以重复的利用已经存在的线程，从而节省这一部分的开销，提高程序的效率。

线程数的限制

首先一个问题是，我们在创建新的线程的时候，是不是线程越多就越好呢？实际上是不可能无限的创建新的线程的，总会有个限制，那么问题是这个限制是多大，或者说取决于什么呢？

操作系统的最大线程数

首先希望搞清楚的一个问题就是，到底我们可以创建多少个线程呢？在linux上，可以通过以下的方式查看系统的最大线程数限制：

# cat /proc/sys/kernel/threads-max
15734
# ulimit -v
unlimited

据说是按照这个公式计算出来的:

max_threads = mempages / (8 * THREAD_SIZE / PAGE_SIZE);

在windows上也比较类似，总结来说就是，每个系统的最大线程数都不尽相同，不仅与系统有关还与内存大小以及用户的设置有关系。

JVM限制

JVM本身貌似没有对线程数进行限制，但同样不能无限制的创建线程否则会出现java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread。在JVM中有以下的一些参数可能会影响能创建的线程数：

因为一个机器上的内存是一定的，所以如果-Xss设置的越大，单个线程所占用的栈空间越大，那么能创建的线程数就越少。一个比较有趣的事实是，能创建的最大线程数是跟-Xmx的值负相关的，即你设置的堆越大，反而能创建的最大线程数越少！这是别人的测试结果：

2 mb --> 5744 threads
4 mb --> 5743 threads
...
768 mb --> 3388 threads
1024 mb --> 2583 threads

原因就是堆空间越大，那么机器上剩下的内存就越少，即可以用来分配给线程栈上的内存就越少，所以会出现这样的结果。

线程池

在Java中线程的启动和停止是有开销的。这个开销主要包括：

根据网上的测试来看，通常使用线程池可以获得大幅的性能提升（亲测至少15倍）。而使用线程池相当于重用了已有的线程，避免了这部分开销。当任务越多越频繁的情况下，这部分开销越不可小觑。

ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor 是一个利用线程池技术实现的多任务处理器，它的申明如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                            int maximumPoolSize,
                            long keepAliveTime,
                            TimeUnit unit,
                            BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
            Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

乍一看有很多个参数，那么该如何去配置呢？

CorePoolSize / MaximumPoolSize

线程池会根据这两个参数去管理池中的线程。当一个新的任务提交的时候，会遵循如下的规则：

所以当corePoolSize和MaximumPoolSize一样的时候，实际上就是一个固定大小的线程池，相当于使用Executors.newFixedThreadPool:

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

池中的线程默认只要当提交了新任务的时候才会创建，如果希望提前创建线程可以使用prestartCoreThread或者prestartAllCoreThreads。

Keep-alive 时间

当池中的线程数多余corePoolSize的时候，超出部分的线程会在空闲一段时间之后被终止掉，这个时间就是keepAliveTime。如果设置为0那么一旦超出部分运行结束之后就会被终止掉，反之如果设置为Long.MAX_VALUE那么空闲线程就会一直存活。

默认情况下，只有超出corePoolSize的线程才会受到这个存活时间的影响，如果希望对于核心线程也能超时终止，那么可以使用allowCoreThreadTimeOut来控制。

workQueue

工作队列用来持有提交的任务。规则如下：

对于队列的选择也可以使用不同的策略：

References: