使用线程执行框架的一次经历

场景

一个线程从某个地方接收消息(数据)，可以是其他主机或者消息队列，然后转由另外的一个线程池来执行具体处理消息的逻辑，并且消息的处理速度小于接收消息的速度。这种情景很常见，试想一下，你会怎么设计和实现？

直观想法

很显然采用JUC的线程框架，可以迅速写出代码。

消息接收者：

public class Receiver {
private static volatile boolean inited = false;
private static volatile boolean shutdown = false;
private static volatile int cnt = 0;

private MessageHandler messageHandler;

public void start(){
Executors.newSingleThreadExecutor().execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while(!shutdown){
init();
recv();
}
}
});
}

/**
* 模拟消息接收
*/
public void recv(){
Message msg = new Message("Msg" + System.currentTimeMillis());
System.out.println(String.format("接收到消息(%d): %s", ++cnt, msg));
messageHandler.handle(msg);
}

public void init(){
if(!inited){
messageHandler = new MessageHandler();
inited = true;
}
}

public static void main(String[] args) {
new Receiver().start();
}
}
消息处理：

public class MessageHandler {

private static final int THREAD_POOL_SIZE = 4;

private ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_POOL_SIZE);

public void handle(Message msg) {
try {
service.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
parseMsg(msg);
}
});
} catch (Throwable e) {
System.out.println("消息处理异常" + e);
}
}

/**
* 比较耗时的消息处理流程
*/
public void parseMsg(Message message) {
while (true) {
try {
System.out.println("解析消息：" + message);
Thread.sleep(5000);
System.out.println("============================");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

}
}
}

效果：这种方案导致的现象是接收到的消息会迅速堆积，我们从消息队列（或者其他地方）取出了大量消息，但是处理线程的速度又跟不上，所以导致的问题是大量的Task会堆积在线程池底层维护的一个阻塞队列中，这会极大的耗费存储空间，影响系统的性能。

分析：当execute()一个任务的时候，如果有空闲的worker线程，那么投入运行，否则看设置的最大线程个数，没有达到线程个数限制就创建新线程，接新任务，否则就把任务缓冲到一个阻塞队列中，问题就是这个队列，默认的大小是没有限制的，所以就会大量的堆积任务，必然耗费heap空间。

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

public LinkedBlockingQueue() {
this(Integer.MAX_VALUE); // capacity
}

计数限制

面对上述问题，想到了要限制消息接收的速度，自然就想到了各种线程同步的原语，不过在这里最简单的就是使用一个Volatile的计数器。

消息接收者：

public class Receiver {
private static volatile boolean inited = false;
private static volatile boolean shutdown = false;
private static volatile int cnt = 0;
private MessageHandler messageHandler;
public void start(){
Executors.newSingleThreadExecutor().execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while(!shutdown){
init();
recv();
}
}
});
}

/**
* 模拟消息接收
*/
public void recv(){
Message msg = new Message("Msg" + System.currentTimeMillis());
System.out.println(String.format("接收到消息(%d): %s", ++cnt, msg));
messageHandler.handle(msg);
}

public void init(){
if(!inited){
messageHandler = new MessageHandler();
inited = true;
}
}

public static void main(String[] args) {
new Receiver().start();
}
}
消息处理：

public class MessageHandler {
private static final int THREAD_POOL_SIZE = 1;
private ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_POOL_SIZE);

public void handle(Message msg){
try {
service.execute(new Runnable() {

@Override
public void run() {
parseMsg(msg);
}
});
} catch (Throwable e) {
System.out.println("消息处理异常" + e);
}
}

/**
* 比较耗时的消息处理流程
*/
public void parseMsg(Message message){
try {
Thread.sleep(10000);
System.out.println("解析消息：" + message);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}finally {
Receiver.limit --;
}

}
}

效果：通过控制消息的个数来阻塞消息的接收过程，就不会导致任务的堆积，系统的内存消耗会比较平缓，限制消息的个数本质就和下面限制任务队列大小一样。

使用同步队列 SynchronousQueue

SynchronousQueue 虽名为队列，但是其实不会缓冲任务的对象，只是作为对象传递的控制点，如果有空闲线程或者没有达到最大线程限制，就会交付给worker线程去执行，否则就会拒绝，我们需要自己实现对应的拒绝策略RejectedExecutionHandler，默认的是抛出异常RejectedExecutionException。

消息接收者同上。

消息处理：

public class MessageHandler {
private static final int THREAD_POOL_SIZE = 4;

ThreadPoolExecutor service = new ThreadPoolExecutor(THREAD_POOL_SIZE, THREAD_POOL_SIZE, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>(), new RejectedExecutionHandler() {
@Override
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
System.out.println("自定义拒绝策略");
try {
executor.getQueue().put(r);
System.out.println("重新放任务回队列");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});

public void handle(Message msg) {
try {
System.out.println(service.getTaskCount());
System.out.println(service.getQueue().size());
System.out.println(service.getCompletedTaskCount());
service.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
parseMsg(msg);
}
});
} catch (Throwable e) {
System.out.println("消息处理异常" + e);
}
}

/**
* 比较耗时的消息处理流程
*/
public void parseMsg(Message message) {
while (true) {
try {
System.out.println("线程名:" + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("解析消息：" + message);
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

效果：能够控制消息的接收速度，但是我们需要在rejectedExecution中实现某种阻塞的操作，但是选择在发生拒绝的时候把任务重新放回队列，带来的问题就是这个Task会发生饥饿现象。

使用大小限制的阻塞队列

使用LinkedBlockingQueue作为线程框架底层的任务缓冲区，并且设置大小限制，思想上和上述方案一样，都是有一个阻塞的点，但是通过最后的jvm monitor看到这里的CPU消耗更少，内存使用有所降低，并且波动小（具体原因有待探索）。

消息接收者同上。

消息处理：

public class MessageHandler {
private static final int THREAD_POOL_SIZE = 4;
private static final int BLOCK_QUEUE_CAP = 500;
ThreadPoolExecutor service = new ThreadPoolExecutor(THREAD_POOL_SIZE, THREAD_POOL_SIZE, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(BLOCK_QUEUE_CAP), new SimpleThreadFactory(), new RejectedExecutionHandler() {
@Override
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
System.out.println("自定义拒绝策略");
try {
executor.getQueue().put(r);
System.out.println("重新放任务回队列");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});

public void handle(Message msg) {
try {
service.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
parseMsg(msg);
}
});
} catch (Throwable e) {
System.out.println("消息处理异常" + e);
}
}

/**
* 比较耗时的消息处理流程
*/
public void parseMsg(Message message) {
try {
Thread.sleep(5000);
System.out.println("线程名:" + Thread.currentThread().getName());
System.out.println("解析消息：" + message);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

static class SimpleThreadFactory implements ThreadFactory {

@Override
public Thread newThread(Runnable r) {
Thread thread = new Thread(r);
thread.setName("Thread-" + System.currentTimeMillis());
return thread;
}
}
}

总结

多线程是比较容易出问题的地方，特别当对方法不熟悉的时候