JDK 线程池

一. 为什么用线程池（线程池的作用）

1. 创建/销毁线程伴随着系统开销，过于频繁的创建/销毁线程，会很大程度上影响处理效率

例如：

记创建线程消耗时间T1，执行任务消耗时间T2，销毁线程消耗时间T3

如果T1+T3>T2，那么是不是说开启一个线程来执行这个任务太不划算了！

正好，线程池缓存线程，可用已有的闲置线程来执行新任务，避免了T1+T3带来的系统开销

2. 线程并发数量过多，抢占系统资源从而导致阻塞

我们知道线程能共享系统资源，如果同时执行的线程过多，就有可能导致系统资源不足而产生阻塞的情况

运用线程池能有效的控制线程最大并发数，避免以上的问题

3. 对线程进行一些简单的管理

比如：延时执行、定时循环执行的策略等

运用线程池都能进行很好的实现

二. 线程池ThreadPoolExecutor

Java里面的线程池接口是ExecutorService。具体实现为ThreadPoolExecutor类。

比较重要的几个类：

Executor	执行器接口（执行一个给定的Runnable实现）
ExecutorService	线程池接口（继承Executor接口）
ThreadPoolExecutor	ExecutorService的默认实现
ScheduledExecutorService	调度线程池接口
ScheduledThreadPoolExecutor	ScheduledExecutorService的默认实现，和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务进行延迟或重复执行的问题

对线程池的配置，就是对ThreadPoolExecutor构造函数的参数的配置，既然这些参数这么重要，就来看看构造函数的各个参数吧

ThreadPoolExecutor提供了四个构造函数：

//五个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)

//六个参数的构造函数-1
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)

//六个参数的构造函数-2
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler)

//七个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

int corePoolSize => 该线程池中核心线程数最大值

核心线程：

线程池新建线程的时候，如果当前线程总数小于corePoolSize，则新建的是核心线程，如果超过corePoolSize，则新建的是非核心线程

核心线程默认情况下会一直存活在线程池中，即使这个核心线程啥也不干(闲置状态)。

如果指定ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut这个属性为true，那么核心线程如果不干活(闲置状态)的话，超过一定时间(时长下面参数决定)，就会被销毁掉

很好理解吧，正常情况下你不干活我也养你，因为我总有用到你的时候，但有时候特殊情况(比如我自己都养不起了)，那你不干活我就要把你干掉了

int maximumPoolSize

该线程池中线程总数最大值

线程总数 = 核心线程数 + 非核心线程数。

long keepAliveTime

该线程池中非核心线程闲置超时时长

一个非核心线程，如果不干活(闲置状态)的时长超过这个参数所设定的时长，就会被销毁掉

如果设置allowCoreThreadTimeOut = true，则会作用于核心线程

TimeUnit unit

keepAliveTime的单位，TimeUnit是一个枚举类型，其包括：

1. NANOSECONDS ： 1微毫秒 = 1微秒 / 1000
2. MICROSECONDS ： 1微秒 = 1毫秒 / 1000
3. MILLISECONDS ： 1毫秒 = 1秒 /1000
4. SECONDS ： 秒
5. MINUTES ： 分
6. HOURS ： 小时
7. DAYS ： 天

BlockingQueue<Runnable> workQueue

执行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由 execute方法提交的 Runnable 任务。 

一. 排队的三种通用策略

直接提交：工作队列的默认选项是 SynchronousQueue，它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此，如果不存在可用于立即运行任务的线程，则试图把任务加入队列将失败，因此会构造一个新的线程。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务。

无界队列：使用无界队列（例如，不具有初始容量的 LinkedBlockingQueue）将导致在所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程就不会超过 corePoolSize。（因此，maximumPoolSize的值也就无效了。）当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用无界队列；例如，在 Web页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求。

有界队列：当使用有限的 maximumPoolSizes时，有界队列（如 ArrayBlockingQueue）有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。使用小型队列和大型池，CPU使用率较高，可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量。  

二. 常用的几种Queue

SynchronousQueue：这个队列接收到任务的时候，会直接提交给线程处理，而不保留它，如果所有线程都在工作怎么办？那就新建一个线程来处理这个任务！所以为了保证不出现<线程数达到了maximumPoolSize而不能新建线程>的错误，使用这个类型队列的时候，maximumPoolSize一般指定成Integer.MAX_VALUE，即无限大。

LinkedBlockingQueue：这个队列接收到任务的时候，如果当前线程数小于核心线程数，则新建线程(核心线程)处理任务；如果当前线程数等于核心线程数，则进入队列等待。由于这个队列没有最大值限制，即所有超过核心线程数的任务都将被添加到队列中，这也就导致了maximumPoolSize的设定失效，因为总线程数永远不会超过corePoolSize。

ArrayBlockingQueue：可以限定队列的长度，接收到任务的时候，如果没有达到corePoolSize的值，则新建线程(核心线程)执行任务，如果达到了，则入队等候，如果队列已满，则新建线程(非核心线程)执行任务，又如果总线程数到了maximumPoolSize，则采用拒绝策略处理。

DelayQueue：队列内元素必须实现Delayed接口，这就意味着你传进去的任务必须先实现Delayed接口。这个队列接收到任务时，首先先入队，只有达到了指定的延时时间，才会执行任务。

ThreadFactory threadFactory

执行程序创建新线程时使用的工厂类，实现类需要实现Thread newThread(Runnable r)方法

RejectedExecutionHandler

拒绝策略接口。在ThreadPoolExecutor中已经默认包含了4中策略，因为源码非常简单，这里直接贴出来。

CallerRunsPolicy：调用 execute 方法的线程自身执行。此策略提供简单的反馈控制机制，能够减缓新任务的提交速度。

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
    if (!e.isShutdown()) {
        r.run();
    }
}

这个策略显然不想放弃执行任务。但是由于池中已经没有任何资源了，那么就直接使用调用该execute的线程本身来执行。

AbortPolicy：为JAVA线程池默认的阻塞策略，不执行此任务，直接抛出一个运行时异常rejectedExecution，切记

ThreadPoolExecutor.execute需要try...catch，否则程序会直接退出。

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
    throw new RejectedExecutionException();
}

这种策略直接抛出异常，丢弃任务。

DiscardPolicy：这种策略和AbortPolicy几乎一样，也是丢弃任务，只不过他不抛出异常。空方法！

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

}

DiscardOldestPolicy：如果线程池还未关闭，丢弃掉队列头部的（最老的）任务，然后重试执行程序（如果再次失败，则重复此过程）。

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
    if (!e.isShutdown()) {
        e.getQueue().poll();
    }
}

该策略就稍微复杂一些，在pool没有关闭的前提下首先丢掉缓存在队列中的最早的任务，然后重新尝试运行该任务。这个策略需要适当小心。

设想：如果其他线程都还在运行，那么新来任务踢掉旧任务，缓存在queue中，再来一个任务又会踢掉queue中最老任务。

用户自定义拒绝策略：实现RejectedExecutionHandler，并自己定义策略模式

新建一个线程池的时候，一般只用5个参数的构造函数。

三. 向ThreadPoolExecutor添加任务

有几种不同的方式来将任务委托给 ExecutorService 去执行：

• execute(Runnable)
• submit(Runnable)
• submit(Callable)
• invokeAny(...)
• invokeAll(...)

四. ThreadPoolExecutor的执行策略

上面介绍参数的时候其实已经说到了ThreadPoolExecutor执行的策略，这里给总结一下，当一个任务被添加进线程池时：

1. 线程数量未达到corePoolSize，则新建一个线程(核心线程)执行任务。
2. 线程数量达到了corePools，则将任务移入队列等待。
3. 队列已满，新建线程(非核心线程)执行任务。
4. 队列已满，总线程数又达到了maximumPoolSize，执行拒绝策略。

五. 常见四种线程池

如果你不想自己写一个线程池，那么你可以从下面看看有没有符合你要求的(一般都够用了)，如果有，那么很好你直接用就行了，如果没有，那你就老老实实自己去写一个吧

Java通过Executors提供了四种线程池，这四种线程池都是直接或间接配置ThreadPoolExecutor的参数实现的，下面我都会贴出这四种线程池构造函数的源码，各位大佬们一看便知！

来，走起：

1. CachedThreadPool()

可缓存线程池，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。

1. 线程池大小无限制
2. 有空闲线程则复用空闲线程，若无空闲线程则新建线程
3. 一定程序减少频繁创建/销毁线程，减少系统开销

创建方法：

ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

源码：

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

2. FixedThreadPool()

定长线程池：

1. 可控制线程最大并发数（同时执行的线程数）。
2. 超出的线程会在队列中等待。
3. 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。

创建方法：

//nThreads => 最大线程数即maximumPoolSize
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(int nThreads);

源码：

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

2个参数的构造方法源码，不用我贴你也知道他把星期六放在了哪个位置！所以我就不贴了，省下篇幅给我扯皮

3. SingleThreadExecutor()

单线程线程池

1. 有且仅有一个工作线程执行任务。
2. 所有任务按照任务的提交顺序执行，即遵循队列的入队出队规则。
3. 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。

创建方法：

ExecutorService singleThreadPool = Executors.newSingleThreadPool();

源码：

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

4. ScheduledThreadPool()

定长线程池：

1. 支持定时及周期性任务执行。
2. 线程池大小无限制

创建方法：

//nThreads => 最大线程数即maximumPoolSize
ExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize);

源码：

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

//ScheduledThreadPoolExecutor():
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
          DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

 

参考：

https://www.jianshu.com/p/210eab345423
https://www.oschina.net/question/565065_86540