线程池的种类和基本使用实例

线程池的继承架构

　　程序启动一个新线程成本是比较高的，因为它涉及到要与操作系统进行交互。而使用线程池可以很好的提高性能，尤其是当程序中要创建大量生存期很短的线程时，更应该考虑使用线程池。

　　线程池里的每一个线程代码结束后，并不会死亡，而是再次回到线程池中成为空闲状态，等待下一个对象来使用。

在JDK5之前，我们必须手动实现自己的线程池，从JDK5开始，Java内置支持线程池

 

　　Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。

真正的线程池接口是ExecutorService。下面这张图完整描述了线程池的类体系结构。

　　Executor是一个顶层接口，在它里面只声明了一个方法execute(Runnable)，返回值为void，参数为Runnable类型，从字面意思可以理解，就是用来执行传进去的任务的；

　　然后ExecutorService接口继承了Executor接口，并声明了一些方法：submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等；

　　抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口，基本实现了ExecutorService中声明的所有方法；

　　然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。

标记一下比较重要的类：

ExecutorService：	真正的线程池接口。
ScheduledExecutorService	能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。
ThreadPoolExecutor	ExecutorService的默认实现。
ScheduledThreadPoolExecutor	继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。

要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，

因此在Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。

 newSingleThreadExecutor：

　　创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。

　　如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

newFixedThreadPool：

　　创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。

　　线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

newCachedThreadPool：

　　创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，

　　当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。

　　此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

newScheduledThreadPool：

　　创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

示例

1. newFixedThreadPool：定长线程池

　　每当提交一个任务就创建一个线程，直到达到线程池的最大数量，这时线程数量不再变化，当线程发生错误结束时，线程池会补充一个新的线程。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 测试创建定长线程池
 * @author ConstXiong
 */
public class TestNewFixedThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        //创建工作线程数为 3 的线程池，每当提交一个任务就创建一个线程，直到达到线程池的最大数量，这时线程数量不再变化，当线程发生错误结束时，线程池会补充一个新的线程
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        //提交 6 个任务
        for (int i = 0; i <6; i++) {
            final int index = i;
            fixedThreadPool.execute(() -> {
                try {
                    //休眠 3 秒
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " index:" + index);
            });
        }
        
        try {
            Thread.sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("4秒后...");
        
        //关闭线程池后，已提交的任务仍然会执行完
        fixedThreadPool.shutdown();
    }
    
}

 打印结果：

 

 2. newCachedThreadPool，创建可缓存的线程池

　　如果线程池的容量超过了任务数，自动回收空闲线程，任务增加时可以自动添加新线程，线程池的容量不限制。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 测试创建可缓存的线程池
 * @author ConstXiong
 */
public class TestNewCachedThreadPool {
    
    public static void main(String[] args) {
        //创建可缓存的线程池，如果线程池的容量超过了任务数，自动回收空闲线程，任务增加时可以自动添加新线程，线程池的容量不限制
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        for (int i = 0; i <6; i++) {
            final int index = i;
            cachedThreadPool.execute(() -> {
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " index:" + index);
            });
        }
        
        try {
            Thread.sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("4秒后...");
        
        cachedThreadPool.shutdown();
        
    }
    
}

打印结果可以看出，创建的线程数与任务数相等

 3. newScheduledThreadPool，创建定长线程池，可执行周期性的任务。

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 测试创建定长线程池，可执行周期性的任务
 * @author ConstXiong
 */
public class TestNewScheduledThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        //创建定长线程池，可执行周期性的任务
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
        
        for (int i = 0; i <3; i++) {
            final int index = i;
            //scheduleWithFixedDelay 固定的延迟时间执行任务； scheduleAtFixedRate 固定的频率执行任务
            scheduledThreadPool.scheduleWithFixedDelay(() -> {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " index:" + index);
            }, 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
        }
        
        try {
            Thread.sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("4秒后...");
        
        scheduledThreadPool.shutdown();

    }
}

打印结果：

4. newSingleThreadExecutor，创建单线程的线程池

线程异常结束，会创建一个新的线程，能确保任务按提交顺序执行。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 测试单线程的线程池
 * @author ConstXiong
 */
public class TestNewSingleThreadExecutor {
    
    public static void main(String[] args) {
        //单线程的线程池，线程异常结束，会创建一个新的线程，能确保任务按提交顺序执行
        ExecutorService singleThreadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        
        //提交 3 个任务
        for (int i = 0; i <3; i++) {
            final int index = i;
            singleThreadPool.execute(() -> {
                
                //执行第二个任务时，报错，测试线程池会创建新的线程执行任务三
                if (index == 1) {
                    throw new RuntimeException("线程执行出现异常");
                }
                
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " index:" + index);
            });
        }
        
        try {
            Thread.sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("4秒后...");
        
        singleThreadPool.shutdown();
    }

}

打印结果可以看出，即使任务出现了异常，线程池还是会自动补充一个线程继续执行下面的任务

5. newSingleThreadScheduledExecutor，创建单线程可执行周期性任务的线程池。

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 测试单线程可执行周期性任务的线程池
 * @author ConstXiong
 */
public class TestNewSingleThreadScheduledExecutor {

    public static void main(String[] args) {
        //创建单线程可执行周期性任务的线程池
        ScheduledExecutorService singleScheduledThreadPool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        
        //提交 3 个固定频率执行的任务
        for (int i = 0; i <3; i++) {
            final int index = i;
            //scheduleWithFixedDelay 固定的延迟时间执行任务； scheduleAtFixedRate 固定的频率执行任务
            singleScheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " index:" + index);
            }, 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
        }
        
        try {
            Thread.sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("4秒后...");
        
        singleScheduledThreadPool.shutdown();
    }
    
}

打印机结果可以看出 0-2 任务都被执行了 2 个周期

6. newWorkStealingPool，创建任务可窃取线程池

空闲线程可以窃取其他任务队列的任务，不保证执行顺序，适合任务耗时差异较大。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 测试可任务窃取线程池
 * @author ConstXiong
 */
public class TestNewWorkStealingPool {

    public static void main(String[] args) {
        //创建 4个工作线程的 任务可窃取线程池，如果不设置并行数，默认取 CPU 总核数
        ExecutorService workStealingThreadPool = Executors.newWorkStealingPool(4);
        
        for (int i = 0; i <10; i++) {
            final int index = i;
            workStealingThreadPool.execute(() -> {
                try {
                    //模拟任务执行时间为 任务编号为0 1 2 的执行时间需要 3秒；其余任务200 毫秒，导致任务时间差异较大
                    if (index <= 2) {
                        Thread.sleep(3000);
                    } else {
                        Thread.sleep(200);
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " index:" + index);
            });
        }
        
        try {
            Thread.sleep(10000);//休眠 10 秒
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("10秒后...");
    }
    
}

打印结果可以看出，线程 ForkJoinPool-1-worker-0 把3-9的任务都执行完