Spring(19) ThreadPoolTaskExecutor 线程池的使用

发布时间：2024年01月18日

一、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是用非阻塞队列

阻塞队列 可以保证任务队列中没有任务是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，若开很多的线程数，会造成 CPU 过度切换。
IO密集型任务：

可以使用较大的线程池，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：

可以将任务分为 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别的差距，那么拆分没有意义。因为先执行完的任务就要等候执行完的任务，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()：提交一个任务，有返回值。

submit() 方法的使用如下：

submit(Callable<T> task)：能够获取到它的返回值，通过 feature.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() 方法会使获取结果的线程进入 阻塞状态，直到线程执行完成之后，唤醒获取结果的线程，然后返回结果。

二、ThreadPoolTaskExecutor 线程池简介

2.1 简介

ThreadPoolTaskExecutor 是 Spring Framework 提供的一个线程池执行器，它基于 java.util.concurrent 包中的 ThreadPoolExecutor 实现，并提供了更方便的 Spring 配置和生命周期管理。

在 Spring 应用程序中，你可以通过配置一个 ThreadPoolTaskExecutor 来创建并管理一个自定义的线程池。这个线程池可以根据你的需求设置 核心线程数、最大线程数、队列容量、线程存活时间 以及 拒绝策略 等属性。

2.2 核心参数配置

corePoolSize：最小线程数，默认为 1。
maxPoolSize：最大线程数，默认为 Integer.MAX_VALUE。
keepAliveSeconds：（maxPoolSize-corePoolSzie）部分线程空闲最大存活时间，默认存活时间是 60s。
queueCapacity：阻塞队列的大小，默认为 Integer.MAX_VALUE，默认使用 LinkedBlockingQueue。
allowCoreThreadTimeOut：是否允许核心线程过期，设置为 true 的话，keepAliveSeconds 参数设置的有效时间对 corePoolSize 线程也有效，默认是 false。
threadNamePrefix：线程名称前缀，为 ThreadPoolTaskExecutor 的增强功能，默认为“类名-”。
threadFactory：设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。使用开源框架 guava 提供的 ThreadFactoryBuilder 可以快速给线程池里的线程设置有意义的名字。
rejectedExecutionHandler：拒绝策略，当队列 workQueue 和线程池 maxPoolSize 都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是 AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。

2.3 ThreadPoolTaskExecutor 内部执行流程

在这里插入图片描述

我们通过 execute(Runnable) 方法或者 submit(Runnable) 方法将 Runnable 任务添加到线程池时：

如果线程池中的数量小于 corePoolSize，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要 创建新的线程来处理被添加的任务。
如果线程池中的数量等于 corePoolSize，但是缓冲队列 workQueue 未满，那么 任务被放入缓冲队列。
如果线程池中的数量大于 corePoolSize，缓冲队列 workQueue 满了，并且：
- 线程池中的数量小于 maxPoolSize，则 创建新的线程来处理被添加的任务。
- 线程池中的数量等于 maxPoolSize，则 通过 handler 所指定的拒绝策略来处理被添加的任务。

也就是说，处理任务的优先级为：

核心线程corePoolSize > 任务队列workQueue > 最大线程maxPoolSize > 拒绝策略handler

三、ThreadPoolTaskExecutor 的代码示例

3.1 配置线程池示例

ThreadPoolConfig.java

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

/**
 * <p> @Title ThreadPoolConfig
 * <p> @Description 线程池配置
 *
 * @author ACGkaka
 * @date 2024/01/18 21:08
 */
@Configuration
public class ThreadPoolConfig {

    /** 最佳线程数：操作系统线程数+2 */
    private static final int CORE_POOL_SIZE = Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 2;
    /** 最大线程数 */
    private static final int MAX_POOL_SIZE = CORE_POOL_SIZE * 2;
    /** 队列长度 */
    private static final int QUEUE_CAPACITY = 10000;

    /**
     * 发送短信线程池
     */
    @Bean
    public ThreadPoolTaskExecutor sendSMSThreadPool() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(CORE_POOL_SIZE);
        executor.setMaxPoolSize(MAX_POOL_SIZE);
        executor.setQueueCapacity(QUEUE_CAPACITY);
        executor.setThreadNamePrefix("SendSMS-");
        // 等待任务执行完毕后再关闭线程池
        executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}

3.2 使用线程池示例

import com.demo.service.DemoService;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;
import org.springframework.stereotype.Service;

import javax.annotation.Resource;

/**
 * <p> @Title DemoServiceImpl
 * <p> @Description 测试ServiceImpl
 *
 * @author ACGkaka
 * @date 2023/4/24 18:14
 */
@Slf4j
@Service
public class DemoServiceImpl implements DemoService {

    @Resource
    private ThreadPoolTaskExecutor sendSMSThreadPool;

    @Override
    public void sendSMS() {
        // 线程池-发送短信
        sendSMSThreadPool.execute(() -> {
            log.info("Thread: {}, SMS sending...", Thread.currentThread().getName());
        });
    }
}

3.3 执行结果

请求后，日志打印结果如下：

（可以看到线程名称前缀已成功生效。）