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线程池ThreadPoolExecutor各个参数的意义以及设置技巧

发布时间 2023-08-10 17:39:43作者: Boblim

一、ThreadPoolExecutor的重要参数

1、corePoolSize：核心线程数

1     * 核心线程会一直存活，及时没有任务需要执行
2     * 当线程数小于核心线程数时，即使有线程空闲，线程池也会优先创建新线程处理
3     * 设置allowCoreThreadTimeout=true（默认false）时，核心线程会超时关闭

2、maxPoolSize：最大线程数

1     * 当线程数>=corePoolSize，且任务队列已满时。线程池会创建新线程来处理任务
2     * 当线程数=maxPoolSize，且任务队列已满时，线程池会拒绝处理任务而抛出异常

3、 keepAliveTime：线程空闲时间

1     * 当线程空闲时间达到keepAliveTime时，线程会退出，直到线程数量=corePoolSize
2     * 如果allowCoreThreadTimeout=true，则会直到线程数量=0

4、allowCoreThreadTimeout：允许核心线程超时

5、queueCapacity：任务队列容量（阻塞队列）

    * 当核心线程数达到最大时，新任务会放在队列中排队等待执行

6、rejectedExecutionHandler：任务拒绝处理器

 1     * 两种情况会拒绝处理任务：
 2         - 当线程数已经达到maxPoolSize，切队列已满，会拒绝新任务
 3         - 当线程池被调用shutdown()后，会等待线程池里的任务执行完毕，再shutdown。如果在调用shutdown()和线程池真正shutdown之间提交任务，会拒绝新任务
 4     * 线程池会调用rejectedExecutionHandler来处理这个任务。如果没有设置默认是AbortPolicy，会抛出异常
 5     * ThreadPoolExecutor类有几个内部实现类来处理这类情况：
 6         - AbortPolicy 丢弃任务，抛运行时异常
 7         - CallerRunsPolicy 执行任务
 8         - DiscardPolicy 忽视，什么都不会发生
 9         - DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列（最后一个执行）的任务
10     * 实现RejectedExecutionHandler接口，可自定义处理器

二、ThreadPoolExecutor执行顺序

线程池按以下行为执行任务

1 1. 当线程数小于核心线程数时，创建线程。
2 2. 当线程数大于等于核心线程数，且任务队列未满时，将任务放入任务队列。
3 3. 当线程数大于等于核心线程数，且任务队列已满
4     - 若线程数小于最大线程数，创建线程
5     - 若线程数等于最大线程数，抛出异常，拒绝任务

三、如何设置参数

计算公式分为:

CPU密集型（CPU-bound）

CPU密集型也叫计算密集型，指的是系统的硬盘、内存性能相对CPU要好很多，此时，系统运作大部分的状况是CPU Loading 100%，CPU要读/写I/O(硬盘/内存)，I/O在很短的时间就可以完成，而CPU还有许多运算要处理，CPU Loading 很高。
在多重程序系统中，大部分时间用来做计算、逻辑判断等CPU动作的程序称之CPU bound。例如一个计算圆周率至小数点一千位以下的程序，在执行的过程当中绝大部分时间用在三角函数和开根号的计算，便是属于CPU bound的程序。
CPU bound的程序一般而言CPU占用率相当高。这可能是因为任务本身不太需要访问I/O设备，也可能是因为程序是多线程实现因此屏蔽掉了等待I/O的时间。
线程数一般设置为：
线程数 = CPU核数+1 (现代CPU支持超线程)

IO密集型（I/O bound）

IO密集型指的是系统的CPU性能相对硬盘、内存要好很多，此时，系统运作，大部分的状况是CPU在等I/O (硬盘/内存) 的读/写操作，此时CPU Loading并不高。
I/O bound的程序一般在达到性能极限时，CPU占用率仍然较低。这可能是因为任务本身需要大量I/O操作，而pipeline做得不是很好，没有充分利用处理器能力
线程数一般设置为：
线程数 = （（线程等待时间+线程CPU时间）/线程CPU时间 ）* CPU数目

1、默认值

  • corePoolSize=1
  • maxPoolSize=Integer.MAX_VALUE
  • keepAliveTime=60s
  • allowCoreThreadTimeout=false
  • queueCapacity=Integer.MAX_VALUE
  • rejectedExecutionHandler=AbortPolicy()
  • 需要根据几个值来决定
    • 　　tasks ：每秒的任务数
    • 　　tasktime：每个任务花费时间
    • 　　responsetime：系统允许容忍的最大响应时间,比如每个任务的响应时间不得超过2秒。

2、默认值
corePoolSize:
每个任务需要tasktime秒处理，则每个线程每钞可处理1/tasktime个任务。系统每秒有tasks个任务需要处理，则需要的线程数为：tasks/(1/tasktime)，即taskstasktime个线程数。假设系统每秒任务数为100 -1000，每个任务耗时0.1秒，则需要1000.1至1000*0.1，即10~100个线程。那么corePoolSize应该设置为大于10，具体数字最好根据8020原则，即80%情况下系统每秒任务数，若系统80%的情况下第秒任务数小于200，最多时为1000，则corePoolSize可设置为20。
​
queueCapacity:
任务队列的长度要根据核心线程数，以及系统对任务响应时间的要求有关。队列长度可以设置为(corePoolSize/tasktime)*responsetime： (20/0.1)*2=400，即队列长度可设置为400。
队列长度设置过大，会导致任务响应时间过长，切忌以下写法：
LinkedBlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue();
这实际上是将队列长度设置为Integer.MAX_VALUE，将会导致线程数量永远为corePoolSize，再也不会增加，当任务数量陡增时，任务响应时间也将随之陡增。

关于网上说这个公式有问题，应该是(corePoolSize/tasktime)*responsetime-corePoolSize。400-20=380，不然队列的最后20个会超时。（PS：还没有测试过）

maxPoolSize:
当系统负载达到最大值时，核心线程数已无法按时处理完所有任务，这时就需要增加线程。每秒200个任务需要20个线程，那么当每秒达到1000个任务时，则需要(1000-queueCapacity)*(20/200)，即60个线程，可将maxPoolSize设置为60。
​
keepAliveTime:
线程数量只增加不减少也不行。当负载降低时，可减少线程数量，如果一个线程空闲时间达到keepAliveTiime，该线程就退出。默认情况下线程池最少会保持corePoolSize个线程。

allowCoreThreadTimeout:
默认情况下核心线程不会退出，可通过将该参数设置为true，让核心线程也退出。

以上关于线程数量的计算并没有考虑CPU的情况。若结合CPU的情况，比如，当线程数量达到50时，CPU达到100%，则将maxPoolSize设置为60也不合适，此时若系统负载长时间维持在每秒1000个任务，则超出线程池处理能力，应设法降低每个任务的处理时间(tasktime)。

总结基于实践有以下几个配置公式:
1、corePoolSize = 每秒需要多少个线程处理=tasks/(1/tasktime) =tasks*tasktime
2、queueCapacity = (coreSizePool/tasktime)*responsetime
3、maxPoolSize = (max(tasks)- queueCapacity)/(1/tasktime)

附:
关于queueCapacity任务队列java中提供了四种方式：直接提交队列、有界任务队列、无界任务队列、优先任务队列
1.SynchronousQueue
使用SynchronousQueue队列，提交的任务不会被保存，总是会马上提交执行。如果用于执行任务的线程数量小于maximumPoolSize，则尝试创建新的进程，如果达到maximumPoolSize设置的最大值，则根据你设置的handler执行拒绝策略。因此这种方式你提交的任务不会被缓存起来，而是会被马上执行，在这种情况下，你需要对你程序的并发量有个准确的评估，才能设置合适的maximumPoolSize数量，否则很容易就会执行拒绝策略；

2.ArrayBlockingQueue
使用ArrayBlockingQueue有界任务队列，若有新的任务需要执行时，线程池会创建新的线程，直到创建的线程数量达到corePoolSize时，则会将新的任务加入到等待队列中。若等待队列已满，即超过ArrayBlockingQueue初始化的容量，则继续创建线程，直到线程数量达到maximumPoolSize设置的最大线程数量，若大于maximumPoolSize，则执行拒绝策略。在这种情况下，线程数量的上限与有界任务队列的状态有直接关系，如果有界队列初始容量较大或者没有达到超负荷的状态，线程数将一直维持在corePoolSize以下，反之当任务队列已满时，则会以maximumPoolSize为最大线程数上限。

3.LinkedBlockingQueue
使用无界任务队列，线程池的任务队列可以无限制的添加新的任务，而线程池创建的最大线程数量就是你corePoolSize设置的数量，也就是说在这种情况下maximumPoolSize这个参数是无效的，哪怕你的任务队列中缓存了很多未执行的任务，当线程池的线程数达到corePoolSize后，就不会再增加了；若后续有新的任务加入，则直接进入队列等待，当使用这种任务队列模式时，一定要注意你任务提交与处理之间的协调与控制，不然会出现队列中的任务由于无法及时处理导致一直增长，直到最后资源耗尽的问题。

4.PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue它其实是一个特殊的无界队列，它其中无论添加了多少个任务，线程池创建的线程数也不会超过corePoolSize的数量，只不过其他队列一般是按照先进先出的规则处理任务，而PriorityBlockingQueue队列可以自定义规则根据任务的优先级顺序先后执行。