理解ThreadPoolExecutor线程池的corePoolSize、maximumPoolSize和poolSize

我们知道，受限于硬件、内存和性能，我们不可能无限制的创建任意数量的线程，因为每一台机器允许的最大线程是一个有界值。也就是说ThreadPoolExecutor管理的线程数量是有界的。线程池就是用这些有限个数的线程，去执行提交的任务。然而对于多用户、高并发的应用来说，提交的任务数量非常巨大，一定会比允许的最大线程数多很多。为了解决这个问题，必须要引入排队机制，或者是在内存中，或者是在硬盘等容量很大的存储介质中。J.U.C提供的ThreadPoolExecutor只支持任务在内存中排队，通过BlockingQueue暂存还没有来得及执行的任务。

任务的管理是一件比较容易的事，复杂的是线程的管理，这会涉及线程数量、等待/唤醒、同步/锁、线程创建和死亡等问题。ThreadPoolExecutor与线程相关的几个成员变量是：keepAliveTime、allowCoreThreadTimeOut、poolSize、corePoolSize、maximumPoolSize，它们共同负责线程的创建和销毁。

corePoolSize：

线程池的基本大小，即在没有任务需要执行的时候线程池的大小，并且只有在工作队列满了的情况下才会创建超出这个数量的线程。这里需要注意的是：在刚刚创建ThreadPoolExecutor的时候，线程并不会立即启动，而是要等到有任务提交时才会启动，除非调用了prestartCoreThread/prestartAllCoreThreads事先启动核心线程。再考虑到keepAliveTime和allowCoreThreadTimeOut超时参数的影响，所以没有任务需要执行的时候，线程池的大小不一定是corePoolSize。

maximumPoolSize：

线程池中允许的最大线程数，线程池中的当前线程数目不会超过该值。如果队列中任务已满，并且当前线程个数小于maximumPoolSize，那么会创建新的线程来执行任务。这里值得一提的是largestPoolSize，该变量记录了线程池在整个生命周期中曾经出现的最大线程个数。为什么说是曾经呢？因为线程池创建之后，可以调用setMaximumPoolSize()改变运行的最大线程的数目。

poolSize：

线程池中当前线程的数量，当该值为0的时候，意味着没有任何线程，线程池会终止；同一时刻，poolSize不会超过maximumPoolSize。

现在我们通过ThreadPoolExecutor.execute()方法，看一下这3个属性的关系，以及线程池如何处理新提交的任务。以下源码基于JDK1.6.0_37版本。

private boolean addIfUnderCorePoolSize(Runnable firstTask) {
        Thread t = null;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            if (poolSize < corePoolSize && runState == RUNNING)
                t = addThread(firstTask);
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        if (t == null)
            return false;
        t.start();
        return true;
    }

    private boolean addIfUnderMaximumPoolSize(Runnable firstTask) {
        Thread t = null;
        final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
        mainLock.lock();
        try {
            if (poolSize < maximumPoolSize && runState == RUNNING)
                t = addThread(firstTask);
        } finally {
            mainLock.unlock();
        }
        if (t == null)
            return false;
        t.start();
        return true;
    }

新提交一个任务时的处理流程很明显：

1、如果当前线程池的线程数还没有达到基本大小(poolSize < corePoolSize)，无论是否有空闲的线程新增一个线程处理新提交的任务；

2、如果当前线程池的线程数大于或等于基本大小(poolSize >= corePoolSize) 且任务队列未满时，就将新提交的任务提交到阻塞队列排队，等候处理workQueue.offer(command)；

3、如果当前线程池的线程数大于或等于基本大小(poolSize >= corePoolSize) 且任务队列满时；

3.1、当前poolSize<maximumPoolSize，那么就新增线程来处理任务；

3.2、当前poolSize=maximumPoolSize，那么意味着线程池的处理能力已经达到了极限，此时需要拒绝新增加的任务。至于如何拒绝处理新增的任务，取决于线程池的饱和策略RejectedExecutionHandler。

 

Queuing
Any BlockingQueue may be used to transfer and hold submitted tasks. The use of this queue interacts with pool sizing:

• If fewer than corePoolSize threads are running, the Executor always prefers adding a new thread rather than queuing.
• If corePoolSize or more threads are running, the Executor always prefers queuing a request rather than adding a new thread.
• If a request cannot be queued, a new thread is created unless this would exceed maximumPoolSize, in which case, the task will be rejected.

 

    1、corePoolSize：核心线程数
        * 核心线程会一直存活，及时没有任务需要执行
        * 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
        * 设置allowCoreThreadTimeout=true（默认false）时，核心线程会超时关闭

    2、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

    3、maxPoolSize：最大线程数
        * 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
        * 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

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

    5、allowCoreThreadTimeout：允许核心线程超时
    6、rejectedExecutionHandler：任务拒绝处理器
        * 两种情况会拒绝处理任务：
            - 当线程数已经达到maxPoolSize，切队列已满，会拒绝新任务
            - 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
        * 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
        * ThreadPoolExecutor类有几个内部实现类来处理这类情况：
            - AbortPolicy 丢弃任务，抛运行时异常
            - CallerRunsPolicy 执行任务
            - DiscardPolicy 忽视，什么都不会发生
            - DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列（最后一个执行）的任务
        * 实现RejectedExecutionHandler接口，可自定义处理器

接下来我们看下allowCoreThreadTimeOut和keepAliveTime属性的含义。在压力很大的情况下，线程池中的所有线程都在处理新提交的任务或者是在排队的任务，这个时候线程池处在忙碌状态。如果压力很小，那么可能很多线程池都处在空闲状态，这个时候为了节省系统资源，回收这些没有用的空闲线程，就必须提供一些超时机制，这也是线程池大小调节策略的一部分。通过corePoolSize和maximumPoolSize，控制如何新增线程；通过allowCoreThreadTimeOut和keepAliveTime，控制如何销毁线程。

allowCoreThreadTimeOut：

该属性用来控制是否允许核心线程超时退出。默认值为：false。If false,core threads stay alive even when idle.If true, core threads use keepAliveTime to time out waiting for work。如果线程池的大小已经达到了corePoolSize，不管有没有任务需要执行，线程池都会保证这些核心线程处于存活状态。可以知道：该属性只是用来控制核心线程的。

keepAliveTime：

如果一个线程处在空闲状态的时间超过了该属性值，就会因为超时而退出。举个例子，如果线程池的核心大小corePoolSize=5，而当前大小poolSize =8，那么超出核心大小的线程，会按照keepAliveTime的值判断是否会超时退出。如果线程池的核心大小corePoolSize=5，而当前大小poolSize =5，那么线程池中所有线程都是核心线程，这个时候线程是否会退出，取决于allowCoreThreadTimeOut。

    Runnable getTask() {
        for (;;) {
            try {
                int state = runState;
                if (state > SHUTDOWN)
                    return null;
                Runnable r;
                if (state == SHUTDOWN) // Help drain queue
                    r = workQueue.poll();
                else if (poolSize > corePoolSize || allowCoreThreadTimeOut)
                    r = workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS);
                else
                    r = workQueue.take();
                if (r != null)
                    return r;
                if (workerCanExit()) {
                    if (runState >= SHUTDOWN) // Wake up others
                        interruptIdleWorkers();
                    return null;
                }
                // Else retry
            } catch (InterruptedException ie) {
                // On interruption, re-check runState
            }
        }
    }

(poolSize > corePoolSize || allowCoreThreadTimeOut)这个条件，就是用来判断是否允许当前线程退出。workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS);就是借助阻塞队列，让空闲线程等待keepAliveTime时间之后，恢复执行。这样空闲线程会由于超时而退出。