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线程池
- 1. 自定义线程池
ThreadPoolExecutor
newFixedThreadPool----固定大小的线程池
- 自定义线程工厂
newCachedThreadPool
newSingleThreadExecutor
提交任务相关的方法
- submit方法
- invokeAll方法
- invokeAny方法
关闭线程池
- shutdown
- shutdownNow
- 其它方法
- 使用演示
异步模式之工作线程
- 1. 定义
- 2. 饥饿
- 创建多少线程池合适
- - CPU 密集型运算
  - I/O 密集型运算
- 任务调度线程池
- - ScheduledExecutorService
  - scheduleAtFixedRate
- scheduleWithFixedDelay
- scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay 的区别
- 正确处理执行任务异常
- - 方法1：主动捉异常
  - 方法2：使用 Future
- 定期执行
Tomcat 线程池
- Connector 配置
- Executor 线程配置
Fork/Join
- 概念
- 使用

线程池

1. 自定义线程池

步骤1：自定义拒绝策略接口

package Pool;@FunctionalInterface // 拒绝策略
interface RejectPolicy<T>
{void reject(BlockingQueue<T> queue, T task);
}

步骤2：自定义任务队列

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;//阻塞队列
//TODO:泛型可以扩展阻塞队列的扩展性
@Slf4j
public class BlockingQueue<T>
{//1.任务队列private Deque<T> deque=new ArrayDeque<>();//2.锁private ReentrantLock lock=new ReentrantLock();//3.生产者条件变量private Condition fullWaitSet=lock.newCondition();//4.消费者条件变量private Condition emptyWaitSet=lock.newCondition();//5.容量private int capcity;public BlockingQueue(int capcity){this.capcity = capcity;}//带超时的阻塞获取----从队列头部获取一个任务public T poll(long timeout, TimeUnit timeUnit){//先上锁lock.lock();try {//将timeout统一转换为纳秒long nanos = timeUnit.toNanos(timeout);//TODO:队列为空陷入超时等待，否则返回一个任务while(deque.isEmpty()){try {//等待超时if(nanos<=0){return null;}//返回剩余等待时间//TODO:这里之所以会返回一个剩余时间，是因为存在被唤醒后抢不到锁的可能,因此会再次陷入休眠等待nanos = emptyWaitSet.awaitNanos(nanos);}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}//返回任务T first = deque.removeFirst();//唤醒等待中的生产者线程fullWaitSet.signal();return first;}finally{//解锁lock.unlock();}}//阻塞获取任务---无限等待,直到被唤醒public T take(){//加锁lock.lock();try{//当前没有任务while(deque.isEmpty()){try{emptyWaitSet.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//返回任务T first = deque.removeFirst();//唤醒等待中的生产者线程fullWaitSet.signal();return first;}finally{//解锁lock.unlock();}}//阻塞添加public void put(T task){lock.lock();try{//队列满了while(deque.size()==capcity){try{log.debug("等待加入任务队列 {}...",task);fullWaitSet.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//当前队列未满log.debug("加入队列 {}",task);//加入队列尾部deque.addLast(task);//唤醒等待中的消费者线程emptyWaitSet.signal();}finally{lock.unlock();}}//带超时的阻塞添加public boolean offer(T task,long timeout,TimeUnit timeUnit){lock.lock();try{long nanos = timeUnit.toNanos(timeout);while(deque.size()==capcity){if(nanos<=0)return false;log.debug("等待加入的任务队列 {} ...",task);try {nanos = fullWaitSet.awaitNanos(nanos);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}log.debug("加入任务队列 {}",task);deque.addLast(task);emptyWaitSet.signal();return true;} finally {lock.unlock();}}public int size(){lock.lock();try{return deque.size();}finally {lock.unlock();}}public void tryPut(RejectPolicy<T> rejectPolicy,T task){lock.lock();try{//判断队列是否满了if(deque.size()==capcity){//采用指定的拒绝策略rejectPolicy.reject(this,task);}else{//有空闲log.debug("加入任务队列 {}",task);deque.addLast(task);emptyWaitSet.signal();}}finally {lock.unlock();}}
}

步骤3：自定义线程池

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.HashSet;
import java.util.concurrent.TimeUnit;//线程池
@Slf4j
public class ThreadPool
{//任务队列private BlockingQueue<Runnable> taskQueue;//线程集合private HashSet<Worker> workers=new HashSet<>();//核心线程数private int coreSize;//获取任务的超时时间private long timeout;//超时时间单位private TimeUnit timeUnit;//拒绝策略private RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy;//执行任务public void execute(Runnable task){//当任务数没有超过coreSize时，直接交给worker对象执行//如果任务数超过coreSize时，加入任务队列暂存if(workers.size()<coreSize){Worker worker=new Worker(task);log.debug("新增worker{},{}",worker,task);workers.add(worker);worker.start();}else{//    taskQueue.put(task);// 1) 死等// 2) 带超时等待// 3) 让调用者放弃任务执行// 4) 让调用者抛出异常// 5) 让调用者自己执行任务taskQueue.tryPut(rejectPolicy, task);}}public ThreadPool(int coreSize, long timeout, TimeUnit timeUnit, int queueCapcity,RejectPolicy<Runnable> rejectPolicy) {this.coreSize = coreSize;this.timeout = timeout;this.timeUnit = timeUnit;this.taskQueue = new BlockingQueue<>(queueCapcity);this.rejectPolicy = rejectPolicy;}public class Worker extends Thread{private Runnable task;public Worker(Runnable task) {this.task = task;}@Overridepublic void run() {// 执行任务// 1) 当 task 不为空，执行任务// 2) 当 task 执行完毕，再接着从任务队列获取任务并执行// while(task != null || (task = taskQueue.take()) != null) {while(task != null || (task = taskQueue.poll(timeout, timeUnit)) != null) {try {log.debug("正在执行...{}", task);task.run();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {task = null;}}synchronized (workers) {log.debug("worker 被移除{}", this);workers.remove(this);}}}
}

步骤4：测试

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.TimeUnit;@Slf4j
public class Test
{public static void main(String[] args) {ThreadPool threadPool = new ThreadPool(1,1000, TimeUnit.MILLISECONDS, 1, (queue, task)->{// 1. 死等
// queue.put(task);// 2) 带超时等待
// queue.offer(task, 1500, TimeUnit.MILLISECONDS);// 3) 让调用者放弃任务执行
// log.debug("放弃{}", task);// 4) 让调用者抛出异常
// throw new RuntimeException("任务执行失败 " + task);// 5) 让调用者自己执行任务task.run();});for (int i = 0; i < 4; i++) {int j = i;threadPool.execute(() -> {try {Thread.sleep(1000L);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.debug("{}", j);});}}
}

ThreadPoolExecutor

线程池状态

ThreadPoolExecutor 使用 int 的高 3 位来表示线程池状态，低 29 位表示线程数量

从数字上比较，TERMINATED > TIDYING > STOP > SHUTDOWN > RUNNING

最高位是符号位，1表示负数，0表示整数

这些信息存储在一个原子变量 ctl 中，目的是将线程池状态与线程个数合二为一，这样就可以用一次 cas 原子操作进行赋值

// c 为旧值， ctlOf 返回结果为新值
ctl.compareAndSet(c, ctlOf(targetState, workerCountOf(c))));// rs 为高 3 位代表线程池状态， wc 为低 29 位代表线程个数，ctl 是合并它们
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

构造方法

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize 核心线程数目 (最多保留的线程数)
maximumPoolSize 最大线程数目
keepAliveTime 生存时间 - 针对救急线程
unit 时间单位 - 针对救急线程
workQueue 阻塞队列
threadFactory 线程工厂 - 可以为线程创建时起个好名字
handler 拒绝策略

工作方式：

线程池中刚开始没有线程，当一个任务提交给线程池后，线程池会创建一个新线程来执行任务。
当线程数达到 corePoolSize 并没有线程空闲，这时再加入任务，新加的任务会被加入workQueue 队列排
队，直到有空闲的线程。
如果队列选择了有界队列，那么任务超过了队列大小时，会创建 maximumPoolSize - corePoolSize 数目的线
程来救急。
如果线程到达 maximumPoolSize 仍然有新任务这时会执行拒绝策略。拒绝策略 jdk 提供了 4 种实现，其它
著名框架也提供了实现
AbortPolicy 让调用者抛出 RejectedExecutionException 异常，这是默认策略
CallerRunsPolicy 让调用者运行任务
DiscardPolicy 放弃本次任务
DiscardOldestPolicy 放弃队列中最早的任务，本任务取而代之
Dubbo 的实现，在抛出 RejectedExecutionException 异常之前会记录日志，并 dump 线程栈信息，方
便定位问题
Netty 的实现，是创建一个新线程来执行任务
ActiveMQ 的实现，带超时等待（60s）尝试放入队列，类似我们之前自定义的拒绝策略
PinPoint 的实现，它使用了一个拒绝策略链，会逐一尝试策略链中每种拒绝策略
当高峰过去后，超过corePoolSize 的救急线程如果一段时间没有任务做，需要结束节省资源，这个时间由
keepAliveTime 和 unit 来控制

根据这个构造方法，JDK Executors 类中提供了众多工厂方法来创建各种用途的线程池

newFixedThreadPool----固定大小的线程池

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

可以看到newFixedThreadPool底层还是通过ThreadPoolExecutor的构造参数传递不同参数实现

注意这里ThreadPoolExecutor返回的是线程池对象

特点

核心线程数 == 最大线程数（没有救急线程被创建），因此也无需超时时间
阻塞队列是无界的，可以放任意数量的任务

评价适用于任务量已知，相对耗时的任务

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;@Slf4j
public class Test
{public static void main(String[] args){ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);executorService.execute(()->{log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());log.debug("鸡汤来喽.....");});executorService.execute(()->{log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());log.debug("啊哈哈哈哈哈哈...");});executorService.execute(()->{log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());log.debug("代号: 穿山甲");});}}

具体如何结束运行的核心线程，请看下面结束线程的部分

线程名称依赖于线程工厂来实现，jdk提供了线程工厂的默认实现

自定义线程工厂

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;@Slf4j
public class Test
{public static void main(String[] args){ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2, new ThreadFactory() {private AtomicInteger atomicInteger=new AtomicInteger(1);@Overridepublic Thread newThread(Runnable r) {return new Thread(r,"myPool "+atomicInteger.getAndIncrement());}});executorService.execute(()->{log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());log.debug("鸡汤来喽.....");});executorService.execute(()->{log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());log.debug("啊哈哈哈哈哈哈...");});executorService.execute(()->{log.debug("线程名称: {}",Thread.currentThread().getName());log.debug("代号: 穿山甲");});}}

newCachedThreadPool

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

特点

核心线程数是 0，最大线程数是 Integer.MAX_VALUE，救急线程的空闲生存时间是 60s，意味着全部都是救急线程（60s 后可以回收）
救急线程可以无限创建
队列采用了 SynchronousQueue 实现特点是，它没有容量，没有线程来取是放不进去的（一手交钱、一手交货）

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;import static java.lang.Thread.sleep;@Slf4j
public class Test
{public static void main(String[] args) throws InterruptedException {SynchronousQueue<Integer> integers = new SynchronousQueue<>();new Thread(() -> {try {log.debug("putting {} ", 1);integers.put(1);log.debug("{} putted...", 1);log.debug("putting...{} ", 2);integers.put(2);log.debug("{} putted...", 2);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}},"t1").start();sleep(1);new Thread(() -> {try {log.debug("taking {}", 1);integers.take();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}},"t2").start();sleep(1);new Thread(() -> {try {log.debug("taking {}", 2);integers.take();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}},"t3").start();}}

输出

11:48:15.500 c.TestSynchronousQueue [t1] - putting 1
11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue [t2] - taking 1
11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue [t1] - 1 putted...
11:48:16.500 c.TestSynchronousQueue [t1] - putting...2
11:48:17.502 c.TestSynchronousQueue [t3] - taking 2
11:48:17.503 c.TestSynchronousQueue [t1] - 2 putted...

评价整个线程池表现为线程数会根据任务量不断增长，没有上限，当任务执行完毕，空闲 1分钟后释放线程。适合任务数比较密集，但每个任务执行时间较短的情况

newSingleThreadExecutor

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));}

使用场景：

希望多个任务排队执行。线程数固定为 1，任务数多于 1 时，会放入无界队列排队。任务执行完毕，这唯一的线程也不会被释放。

区别：

自己创建一个单线程串行执行任务，如果任务执行失败而终止那么没有任何补救措施，而线程池还会新建一个线程，保证池的正常工作

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;import static java.lang.Thread.sleep;@Slf4j
public class Test
{public static void main(String[] args) throws InterruptedException {ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();executorService.execute(()->{log.debug("当前线程:"+Thread.currentThread().getName());int i=1/0;});executorService.execute(()->{log.debug("当前线程:"+Thread.currentThread().getName());System.out.println("鸡汤来喽....");});executorService.execute(()->{log.debug("当前线程:"+Thread.currentThread().getName());System.out.println("我非常的相信");});}}

Executors.newSingleThreadExecutor() 线程个数始终为1，不能修改

FinalizableDelegatedExecutorService 应用的是装饰器模式，只对外暴露了 ExecutorService 接口，因此不能调用 ThreadPoolExecutor 中特有的方法

FinalizableDelegatedExecutorService继承至父类DelegatedExecutorService

这里返回的对象强制类型转换后，也无法转换为ThreadPoolExecutor

Executors.newFixedThreadPool(1) 初始时为1，以后还可以修改

对外暴露的是 ThreadPoolExecutor 对象，可以强转后调用 setCorePoolSize 等方法进行修改

提交任务相关的方法

// 执行任务
void execute(Runnable command);// 提交任务 task，用返回值 Future 获得任务执行结果
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);// 提交 tasks 中所有任务
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)throws InterruptedException;// 提交 tasks 中所有任务，带超时时间
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException;// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)throws InterruptedException, ExecutionException;// 提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消，带超时时间
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;

submit方法

Callable与Runnable的区别: Callable有返回结果并且可以跑出异常，Runnable没有

future是JDK提供的，通过保护性暂停模式实现的guardObject对象，用来在主线程中接收线程池中返回的结果

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.*;@Slf4j
public class Test
{public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();//TODO:callable的泛型String确定了返回的返回结果的类型Future<String> ret = executorService.submit(new Callable<String>() {@Overridepublic String call() throws Exception {log.debug("当前线程{}",Thread.currentThread().getName());return "ok";}});String s = ret.get();System.out.println("返回的结果为: "+s);}}

invokeAll方法

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;@Slf4j
public class Test
{public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();List<Future<Object>> futures = executorService.invokeAll(Arrays.asList(() -> {log.debug("鸡汤来喽");return 1;}, () -> {log.debug("王大队长，就喜欢开玩笑");return 2;}));futures.forEach(x->{try {System.out.println("结果: "+x.get());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} catch (ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});}}

invokeAny方法

提交 tasks 中所有任务，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;@Slf4j
public class Test
{public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();String invokeAny = (String) executorService.invokeAny(Arrays.asList(() -> {log.debug("1 begin");Thread.sleep(1000);log.debug("1 end");return "1";}, () -> {log.debug("2 begin");Thread.sleep(500);log.debug("2 end");return "2";}));System.out.println(invokeAny);}}

关闭线程池

shutdown

/*
线程池状态变为 SHUTDOWN
- 不会接收新任务
- 但已提交任务会执行完
- 此方法不会阻塞调用线程的执行
*/
void shutdown();

public void shutdown() {final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;mainLock.lock();try {checkShutdownAccess();// 修改线程池状态advanceRunState(SHUTDOWN);// 仅会打断空闲线程interruptIdleWorkers();onShutdown(); // 扩展点 ScheduledThreadPoolExecutor} finally {mainLock.unlock();}// 尝试终结(没有运行的线程可以立刻终结，如果还有运行的线程也不会等,让那些线程运行完后，自己结束)tryTerminate();
}

shutdownNow

/*
线程池状态变为 STOP
- 不会接收新任务
- 会将队列中的任务返回
- 并用 interrupt 的方式中断正在执行的任务
*/
List<Runnable> shutdownNow();

public List<Runnable> shutdownNow() {List<Runnable> tasks;final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;mainLock.lock();try {checkShutdownAccess();// 修改线程池状态advanceRunState(STOP);// 打断所有线程interruptWorkers();// 获取队列中剩余任务tasks = drainQueue();} finally {mainLock.unlock();}// 尝试终结tryTerminate();return tasks; }

其它方法

// 不在 RUNNING 状态的线程池，此方法就返回 true
boolean isShutdown();
// 线程池状态是否是 TERMINATED
boolean isTerminated();
// 调用 shutdown 后，由于调用线程并不会等待所有任务运行结束，
//因此如果它想在线程池 TERMINATED 后做些事情，可以利用此方法等待
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

使用演示

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;@Slf4j
public class Test
{public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);executorService.submit(()->{log.debug("1 begin");Thread.sleep(1000);log.debug("1 end");return "task 1";});executorService.submit(()->{log.debug("2 begin");Thread.sleep(1000);log.debug("2 end");return "task 2";});executorService.submit(()->{log.debug("3 begin");Thread.sleep(1000);log.debug("3 end");return "task 3";});//TODO:空闲线程说拜拜，干活线程干完下班//这里会把正在执行的任务和队列中的任务全部执行完毕//executorService.shutdown();//TODO:中断正在执行的任务，将队列中断任务返回//List<Runnable> runnables = executorService.shutdownNow();//log.debug("队列中剩余的任务为{}",runnables);//TODO:等待线程池中的任务执行完毕，但是有等待的超时时间//如果等待超时，主线程会继续往下面执行//如果所有任务都执行完了，主线程会继续往下面执行executorService.awaitTermination(1,TimeUnit.SECONDS);log.debug("主线程往下执行中...");}}

future.get()方法也可以阻塞主线程，直到获取到对应线程的执行结果

异步模式之工作线程

1. 定义

让有限的工作线程（Worker Thread）来轮流异步处理无限多的任务。也可以将其归类为分工模式，它的典型实现
就是线程池，也体现了经典设计模式中的享元模式。

例如，海底捞的服务员（线程），轮流处理每位客人的点餐（任务），如果为每位客人都配一名专属的服务员，那
么成本就太高了（对比另一种多线程设计模式：Thread-Per-Message）

注意，不同任务类型应该使用不同的线程池，这样能够避免饥饿，并能提升效率

例如，如果一个餐馆的工人既要招呼客人（任务类型A），又要到后厨做菜（任务类型B）显然效率不咋地，分成
服务员（线程池A）与厨师（线程池B）更为合理，当然你能想到更细致的分工更好

2. 饥饿

固定大小线程池会有饥饿现象

两个工人是同一个线程池中的两个线程
他们要做的事情是：为客人点餐和到后厨做菜，这是两个阶段的工作

客人点餐：必须先点完餐，等菜做好，上菜，在此期间处理点餐的工人必须等待

后厨做菜：没啥说的，做就是了

比如工人A 处理了点餐任务，接下来它要等着工人B 把菜做好，然后上菜，他俩也配合的蛮好
但现在同时来了两个客人，这个时候工人A 和工人B 都去处理点餐了，这时没人做饭了，饥饿

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;@Slf4j
public class TestDeadLock {static final List<String> MENU = Arrays.asList("地三鲜", "宫保鸡丁", "辣子鸡丁", "烤鸡翅");static Random RANDOM = new Random();static String cooking() {return MENU.get(RANDOM.nextInt(MENU.size()));}public static void main(String[] args) {ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);//TODO:提交一个点餐任务executorService.execute(() -> {log.debug("处理点餐...");//TODO:处理点餐任务前，先提交一个做菜任务Future<String> f = executorService.submit(() ->{log.debug("做菜");return cooking();});//TODO:菜做好了，才能上菜，结束点餐任务try{log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});/* executorService.execute(() ->{log.debug("处理点餐...");Future<String> f = executorService.submit(() -> {log.debug("做菜");return cooking();});try {log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) { e.printStackTrace();}});*/}
}

输出

17:21:27.883 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 处理点餐...
17:21:27.891 c.TestDeadLock [pool-1-thread-2] - 做菜
17:21:27.891 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 上菜: 烤鸡翅

当注释取消后，可能的输出

17:08:41.339 c.TestDeadLock [pool-1-thread-2] - 处理点餐...
17:08:41.339 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 处理点餐...

解决方法可以增加线程池的大小，不过不是根本解决方案，还是前面提到的，不同的任务类型，采用不同的线程
池，例如：

package Pool;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;@Slf4j
public class TestDeadLock {static final List<String> MENU = Arrays.asList("地三鲜", "宫保鸡丁", "辣子鸡丁", "烤鸡翅");static Random RANDOM = new Random();static String cooking() {return MENU.get(RANDOM.nextInt(MENU.size()));}public static void main(String[] args) {ExecutorService waiterPool = Executors.newFixedThreadPool(1);ExecutorService cookPool = Executors.newFixedThreadPool(1);waiterPool.execute(() -> {log.debug("处理点餐...");Future<String> f = cookPool.submit(() -> {log.debug("做菜");return cooking();});try {log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});waiterPool.execute(() -> {log.debug("处理点餐...");Future<String> f = cookPool.submit(() -> {log.debug("做菜");return cooking();});try {log.debug("上菜: {}", f.get());} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {e.printStackTrace();}});}
}

输出

17:25:14.626 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 处理点餐...
17:25:14.630 c.TestDeadLock [pool-2-thread-1] - 做菜
17:25:14.631 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 上菜: 地三鲜
17:25:14.632 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 处理点餐...
17:25:14.632 c.TestDeadLock [pool-2-thread-1] - 做菜
17:25:14.632 c.TestDeadLock [pool-1-thread-1] - 上菜: 辣子鸡丁

创建多少线程池合适

过小会导致程序不能充分地利用系统资源、容易导致饥饿
过大会导致更多的线程上下文切换，占用更多内存

CPU 密集型运算

通常采用 cpu 核数 + 1 能够实现最优的 CPU 利用率，+1 是保证当线程由于页缺失故障（操作系统）或其它原因导致暂停时，额外的这个线程就能顶上去，保证 CPU 时钟周期不被浪费

I/O 密集型运算

CPU 不总是处于繁忙状态，例如，当你执行业务计算时，这时候会使用 CPU 资源，但当你执行 I/O 操作时、远程
RPC 调用时，包括进行数据库操作时，这时候 CPU 就闲下来了，你可以利用多线程提高它的利用率。

经验公式如下

线程数 = 核数 * 期望 CPU 利用率 * 总时间(CPU计算时间+等待时间) / CPU 计算时间

例如 4 核 CPU 计算时间是 50% ，其它等待时间是 50%，期望 cpu 被 100% 利用，套用公式

4 * 100% * 100% / 50% = 8

例如 4 核 CPU 计算时间是 10% ，其它等待时间是 90%，期望 cpu 被 100% 利用，套用公式

4 * 100% * 100% / 10% = 40

任务调度线程池

在『任务调度线程池』功能加入之前，可以使用 java.util.Timer 来实现定时功能，Timer 的优点在于简单易用，但
由于所有任务都是由同一个线程来调度，因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个
任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务

package Pool;import lombok.SneakyThrows;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;import static java.lang.Thread.sleep;@Slf4j
public class TestDeadLock {public static void main(String[] args){//TODO:定时器Timer timer = new Timer();//TODO:定时器任务一TimerTask task1 = new TimerTask() {@SneakyThrows@Overridepublic void run() {log.debug("task 1");sleep(2000);}};//TODO:定时器任务二TimerTask task2 = new TimerTask() {@Overridepublic void run() {log.debug("task 2");}};// 使用 timer 添加两个任务，希望它们都在 1s 后执行// 但由于 timer 内只有一个线程来顺序执行队列中的任务，因此『任务1』的延时，影响了『任务2』的执行timer.schedule(task1, 1000);timer.schedule(task2, 1000);}
}

输出

20:46:09.444 c.TestTimer [main] - start...
20:46:10.445 c.TestTimer [Timer-0] - task 1
20:46:12.447 c.TestTimer [Timer-0] - task 2

ScheduledExecutorService

   ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(2);// 添加两个任务，希望它们都在 1s 后执行executor.schedule(() -> {System.out.println("任务1，执行时间：" + new Date());try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { }}, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);executor.schedule(() -> {System.out.println("任务2，执行时间：" + new Date());}, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);

输出

任务1，执行时间：Thu Jan 03 12:45:17 CST 2019
任务2，执行时间：Thu Jan 03 12:45:17 CST 2019

scheduleAtFixedRate

ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
log.debug("start...");
pool.scheduleAtFixedRate(() -> {log.debug("running...");
}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);

输出

21:45:43.167 c.TestTimer [main] - start...
21:45:44.215 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:45:45.215 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:45:46.215 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:45:47.215 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...

scheduleAtFixedRate 例子（任务执行时间超过了间隔时间）：

ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
log.debug("start...");
pool.scheduleAtFixedRate(() -> {log.debug("running...");sleep(2);
}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);

输出分析：一开始，延时 1s，接下来，由于任务执行时间 > 间隔时间，间隔被『撑』到了 2s

21:44:30.311 c.TestTimer [main] - start...
21:44:31.360 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:44:33.361 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:44:35.362 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:44:37.362 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...

scheduleWithFixedDelay

ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(1);
log.debug("start...");
pool.scheduleWithFixedDelay(()-> {log.debug("running...");sleep(2);
}, 1, 1, TimeUnit.SECONDS);

输出分析：一开始，延时 1s，scheduleWithFixedDelay 的间隔是上一个任务结束 <-> 延时 <-> 下一个任务开始所
以间隔都是 3s

21:40:55.078 c.TestTimer [main] - start...
21:40:56.140 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:40:59.143 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:41:02.145 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...
21:41:05.147 c.TestTimer [pool-1-thread-1] - running...

scheduleAtFixedRate和scheduleWithFixedDelay 的区别

fixedRate就是每隔多长时间执行一次。(开始------->X时间------>再开始)。如果间隔时间小于任务执行时间，上一次任务执行完成下一次任务就立即执行。如果间隔时间大于任务执行时间，就按照每隔X时间运行一次。
而fixedDelay是当任务执行完毕后一段时间再次执行。（开始—>结束(隔一分钟)开始----->结束）。上一次执行任务未完成，下一次任务不会开始

评价整个线程池表现为：线程数固定，任务数多于线程数时，会放入无界队列排队。任务执行完毕，这些线
程也不会被释放。用来执行延迟或反复执行的任务

正确处理执行任务异常

方法1：主动捉异常

@Slf4j
public class TestDeadLock {public static void main(String[] args){ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);pool.submit(() -> {try {log.debug("task1");int i = 1 / 0;} catch (Exception e) {//TODO:这里可以将异常信息写入日志文件中log.error("error:", e);}});}
}

log4j的配置

#日志最低级别为debug,输出到控制台和指定文件
log4j.rootLogger = debug,stdout,logFile#输出到控制台
log4j.appender.stdout = org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.Target = System.out
log4j.appender.stdout.layout = org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern = [%-5p] %d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS} method:%l%n%m%n#输出到指定文件，最低输出级别为error
log4j.appender.logFile=org.apache.log4j.FileAppender
log4j.appender.logFile.Threshold=ERROR
log4j.appender.logFile.ImmediateFlush=true
log4j.appender.logFile.Append=true
log4j.appender.logFile.File=C:/Users/zdh/Desktop/日志/error.txt
log4j.appender.logFile.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.logFile.layout.ConversionPattern=[%-5p] %d(%r) --> [%t] %l: %m %x %n

输出

方法2：使用 Future

future的get()方法，在方法正在执行完毕后，得到的是方法的返回值，如果方法执行过程中抛出异常,那么get()方法得到的是抛出的异常信息

        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(1);Future<Boolean> f = pool.submit(() -> {log.debug("task1");int i = 1 / 0;return true;});log.debug("result:{}", f.get());

定期执行

如何让每周四 18:00:00 定时执行任务？

package schedule;import java.time.*;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;/*** @author 大忽悠* @create 2022/1/5 12:16*/
public class Main {public static void main(String[] args) {// 获得当前时间LocalDateTime now = LocalDateTime.now();// 获取本周四 18:00:00.000LocalDateTime thursday =now.with(DayOfWeek.THURSDAY).withHour(18).withMinute(0).withSecond(0).withNano(0);// 如果当前时间已经超过 本周四 18:00:00.000， 那么找下周四 18:00:00.000if (now.compareTo(thursday) >= 0) {thursday = thursday.plusWeeks(1);}// 计算时间差，即延时执行时间long initialDelay = Duration.between(now, thursday).toMillis();// 计算间隔时间，即 1 周的毫秒值long oneWeek = 7 * 24 * 3600 * 1000;ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(2);System.out.println("开始时间：" + new Date());executor.scheduleAtFixedRate(() -> {System.out.println("执行时间：" + new Date());}, initialDelay, oneWeek, TimeUnit.MILLISECONDS);}
}

Tomcat 线程池

Tomcat 在哪里用到了线程池呢

LimitLatch 用来限流，可以控制最大连接个数，类似 J.U.C 中的 Semaphore 后面再讲
Acceptor 只负责【接收新的 socket 连接】
Poller 只负责监听 socket channel 是否有【可读的 I/O 事件】
一旦可读，封装一个任务对象（socketProcessor），提交给 Executor 线程池处理
Executor 线程池中的工作线程最终负责【处理请求】

Tomcat 线程池扩展了 ThreadPoolExecutor，行为稍有不同

如果总线程数达到 maximumPoolSize
这时不会立刻抛 RejectedExecutionException 异常
而是再次尝试将任务放入队列，如果还失败，才抛出 RejectedExecutionException 异常

源码 tomcat-7.0.42

    public void execute(Runnable command, long timeout, TimeUnit unit) {submittedCount.incrementAndGet();try {super.execute(command);} catch (RejectedExecutionException rx) {if (super.getQueue() instanceof TaskQueue) {final TaskQueue queue = (TaskQueue)super.getQueue();try {//尝试放入队列if (!queue.force(command, timeout, unit)) {submittedCount.decrementAndGet();throw new RejectedExecutionException("Queue capacity is full.");}} catch (InterruptedException x) {submittedCount.decrementAndGet();Thread.interrupted();throw new RejectedExecutionException(x);}} else {submittedCount.decrementAndGet();throw rx;}}}

TaskQueue.java

public boolean force(Runnable o, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {if ( parent.isShutdown() ) throw new RejectedExecutionException("Executor not running, can't force a command into the queue");//offer()带超时的阻塞添加return super.offer(o,timeout,unit); //forces the item onto the queue, to be used if the task
is rejected
}

Connector 配置

Executor 线程配置

这里阻塞队列长度默认是整数最大值，可以认为是无界队列，如果服务器压力特别大，可能会造成任务的堆积

Fork/Join

概念

Fork/Join 是 JDK 1.7 加入的新的线程池实现，它体现的是一种分治思想，适用于能够进行任务拆分的 cpu 密集型
运算

所谓的任务拆分，是将一个大任务拆分为算法上相同的小任务，直至不能拆分可以直接求解。跟递归相关的一些计
算，如归并排序、斐波那契数列、都可以用分治思想进行求解

Fork/Join 在分治的基础上加入了多线程，可以把每个任务的分解和合并交给不同的线程来完成，进一步提升了运
算效率

Fork/Join 默认会创建与 cpu 核心数大小相同的线程池

使用

提交给 Fork/Join 线程池的任务需要继承 RecursiveTask（有返回值）或 RecursiveAction（没有返回值），例如下面定义了一个对 1~n 之间的整数求和的任务

package schedule;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;/*** @author 大忽悠* @create 2022/1/5 16:29*/
@Slf4j(topic = "forkJoin")
public class ForkJoin
{public static void main(String[] args) {//空参构造，线程池大小默认为cpu核心数ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(4);//打印执行结果System.out.println(pool.invoke(new AddTask1(5)));}
}@Slf4j(topic = "addTask")
class AddTask1 extends RecursiveTask<Integer> {int n;public AddTask1(int n) {this.n = n;}@Overridepublic String toString() {return "{" + n + '}';}@Overrideprotected Integer compute() {// 如果 n 已经为 1，可以求得结果了if (n == 1) {log.debug("join() {}", n);return n;}// 将任务进行拆分(fork)AddTask1 t1 = new AddTask1(n - 1);//调出一个线程来执行AddTask1(n-1)的任务t1.fork();log.debug("fork() {} + {}", n, t1);// 合并(join)结果---join方法会阻塞，直到t1任务执行结束int result = n + t1.join();log.debug("join() {} + {} = {}", n, t1, result);return result;}
}

结果

[ForkJoinPool-1-worker-0] - fork() 2 + {1}
[ForkJoinPool-1-worker-1] - fork() 5 + {4}
[ForkJoinPool-1-worker-0] - join() 1
[ForkJoinPool-1-worker-0] - join() 2 + {1} = 3
[ForkJoinPool-1-worker-2] - fork() 4 + {3}
[ForkJoinPool-1-worker-3] - fork() 3 + {2}
[ForkJoinPool-1-worker-3] - join() 3 + {2} = 6
[ForkJoinPool-1-worker-2] - join() 4 + {3} = 10
[ForkJoinPool-1-worker-1] - join() 5 + {4} = 15
15

用图来表示

改进

package schedule;import lombok.extern.slf4j.Slf4j;import java.util.concurrent.ForkJoinPool;
import java.util.concurrent.RecursiveTask;/*** @author 大忽悠* @create 2022/1/5 16:29*/
@Slf4j(topic = "forkJoin")
public class ForkJoin
{public static void main(String[] args) {//空参构造，线程池大小默认为cpu核心数ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(4);//打印执行结果System.out.println(pool.invoke(new AddTask3(1,5)));}
}@Slf4j(topic = "addTask")
class AddTask3 extends RecursiveTask<Integer> {int begin;int end;public AddTask3(int begin, int end) {this.begin = begin;this.end = end;}@Overridepublic String toString() {return "{" + begin + "," + end + '}';}@Overrideprotected Integer compute() {// 5, 5if (begin == end) {log.debug("join() {}", begin);return begin;}// 4, 5if (end - begin == 1) {log.debug("join() {} + {} = {}", begin, end, end + begin);return end + begin;}// 1 5int mid = (end + begin)/2; // 3AddTask3 t1 = new AddTask3(begin, mid); // 1,3t1.fork();AddTask3 t2 = new AddTask3(mid + 1, end); // 4,5t2.fork();log.debug("fork() {} + {} = ?", t1, t2);int result = t1.join() + t2.join();log.debug("join() {} + {} = {}", t1, t2, result);return result;}
}

[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,776 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:58)
fork() {1,2} + {3,3} = ?
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,776 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:48)
join() 1 + 2 = 3
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,776 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:58)
fork() {1,3} + {4,5} = ?
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,776 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:48)
join() 4 + 5 = 9
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,779 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:43)
join() 3
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,780 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:60)
join() {1,2} + {3,3} = 6
[DEBUG] 2022-01-05 16:45:16,780 method:schedule.AddTask3.compute(ForkJoin.java:60)
join() {1,3} + {4,5} = 15
15