Java 四种线程池

参考:https://blog.csdn.net/w05980598/article/details/79425071

参考:https://blog.csdn.net/achuo/article/details/80623893

一、四种线程池 

Java通过Executors提供四种线程池，分别为

1. newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
2. newFixedThreadPool  创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
3. newScheduledThreadPool 创建一个可定期或者延时执行任务的定长线程池，支持定时及周期性任务执行。 
4. newCachedThreadPool 创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。 

二、核心类

四种线程池本质都是创建ThreadPoolExecutor类，ThreadPoolExecutor构造参数如下

1. int corePoolSize, 核心线程大小

2. int maximumPoolSize,最大线程大小

3. long keepAliveTime, 超过corePoolSize的线程多久不活动被销毁时间

4. TimeUnit unit,时间单位

5. BlockingQueue<Runnable> workQueue 任务队列

6. ThreadFactory threadFactory 线程池工厂

7. RejectedExecutionHandler handler 拒绝策略

三、阻塞队列

1. ArrayBlockingQueue ：一个由数组结构组成的有界阻塞队列

2. LinkedBlockingQueue ：一个由链表结构组成的有界阻塞队列（常用）

3. PriorityBlockingQueue ：一个支持优先级排序的无界阻塞队列

4. DelayQueue： 一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列

5. SynchronousQueue： 一个不存储元素的阻塞队列（常用）

6. LinkedTransferQueue： 一个由链表结构组成的无界阻塞队列

7. LinkedBlockingDeque： 一个由链表结构组成的双向阻塞队列

四、四种默认线程池源码初步分析

• public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
          return new FinalizableDelegatedExecutorService
              (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
  }
  
   public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
          return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                        60L, TimeUnit.SECONDS,
                                        new SynchronousQueue<Runnable>());
  }
  public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
          return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                        0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                        new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
  }
  
  //创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行
  public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
  int maximumPoolSize,
                                long keepAliveTime,
                                TimeUnit unit,
                                BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
          this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
               Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
  }

• 查看源码，四种线程池都是创建了ThreadPollExecutor对象，只是传递的参数不一样而已，观察传入的workQueue 都是默认，即最大可添加Integer.MAX_VALUE个任务，这也就是阿里巴巴java开发规范禁止直接使用java提供的默认线程池的原因了

五、线程池任务执行流程

1. 当线程池小于corePoolSize时，新提交任务将创建一个新线程执行任务，即使此时线程池中存在空闲线程。

2. 当线程池达到corePoolSize时，新提交任务将被放入workQueue中，等待线程池中任务调度执行

3. 当workQueue已满，且maximumPoolSize>corePoolSize时，新提交任务会创建新线程执行任务

4. 当提交任务数超过maximumPoolSize时，新提交任务由RejectedExecutionHandler处理

5. 当线程池中超过corePoolSize线程，空闲时间达到keepAliveTime时，释放空闲线程

6. 当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，该参数默认false，线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭

六、使用场景详解

newCachedThreadPool：

• 底层：返回ThreadPoolExecutor实例，corePoolSize为0；maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE；keepAliveTime为60L；时间单位TimeUnit.SECONDS；workQueue为SynchronousQueue(同步队列)
• 通俗：当有新任务到来，则插入到SynchronousQueue中，由于SynchronousQueue是同步队列，因此会在池中寻找可用线程来执行，若有可以线程则执行，若没有可用线程则创建一个线程来执行该任务；若池中线程空闲时间超过指定时间，则该线程会被销毁。
• 适用：执行很多短期的异步任务

• /**
   * 1.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<br>
   * 2.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<br>
   * 3.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<br>
   */
  public static void cacheThreadPool() {
          ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
          for (int i = 1; i <= 10; i++) {
              final int ii = i;
              try {
                  Thread.sleep(ii * 1);
              } catch (InterruptedException e) {
                  e.printStackTrace();
              }
              cachedThreadPool.execute(()->out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行" + ii));
          }
  }
  -----output------
  线程名称：pool-1-thread-1，执行1
  线程名称：pool-1-thread-1，执行2
  线程名称：pool-1-thread-1，执行3
  线程名称：pool-1-thread-1，执行4
  线程名称：pool-1-thread-1，执行5
  线程名称：pool-1-thread-1，执行6
  线程名称：pool-1-thread-1，执行7
  线程名称：pool-1-thread-1，执行8
  线程名称：pool-1-thread-1，执行9
  线程名称：pool-1-thread-1，执行10

newFixedThreadPool：

• 底层：返回ThreadPoolExecutor实例，接收参数为所设定线程数量n，corePoolSize和maximumPoolSize均为n；keepAliveTime为0L；时间单位TimeUnit.MILLISECONDS；WorkQueue为：new LinkedBlockingQueue<Runnable>() 无界阻塞队列
• 通俗：创建可容纳固定数量线程的池子，每个线程的存活时间是无限的，当池子满了就不再添加线程了；如果池中的所有线程均在繁忙状态，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
• 适用：执行长期任务

•  /**
    * 1.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<br>
    * 2.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<br>
    * 3.因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字，和线程名称<br>
    */
  public static void fixTheadPoolTest() {
          ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
          for (int i = 0; i < 10; i++) {
              final int ii = i;
              fixedThreadPool.execute(() -> {
                  out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行" + ii);
                  try {
                      Thread.sleep(2000);
                  } catch (InterruptedException e) {
                      e.printStackTrace();
                  }
              });
          }
  }
  ------output-------
  线程名称：pool-1-thread-3，执行2
  线程名称：pool-1-thread-1，执行0
  线程名称：pool-1-thread-2，执行3
  线程名称：pool-1-thread-3，执行4
  线程名称：pool-1-thread-1，执行5
  线程名称：pool-1-thread-2，执行6
  线程名称：pool-1-thread-3，执行7
  线程名称：pool-1-thread-1，执行8
  线程名称：pool-1-thread-3，执行9

newSingleThreadExecutor:

• 底层：FinalizableDelegatedExecutorService包装的ThreadPoolExecutor实例，corePoolSize为1；maximumPoolSize为1；keepAliveTime为0L；时间单位TimeUnit.MILLISECONDS；workQueue为：new LinkedBlockingQueue<Runnable>() 无解阻塞队列
• 通俗：创建只有一个线程的线程池，当该线程正繁忙时，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
• 适用：按顺序执行任务的场景

• /** 
   *创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行
   */
  public static void singleTheadPoolTest() {
          ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
          for (int i = 0; i < 10; i++) {
              final int ii = i;
              pool.execute(() -> out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + ii));
          }
  }
  
  -----output-------

   线程名称：pool-1-thread-1，执行0
   线程名称：pool-1-thread-1，执行1
   线程名称：pool-1-thread-1，执行2
   线程名称：pool-1-thread-1，执行3
   线程名称：pool-1-thread-1，执行4
   线程名称：pool-1-thread-1，执行5
   线程名称：pool-1-thread-1，执行6
   线程名称：pool-1-thread-1，执行7
   线程名称：pool-1-thread-1，执行8
   线程名称：pool-1-thread-1，执行9

NewScheduledThreadPool:

• 底层：创建ScheduledThreadPoolExecutor实例，该对象继承了ThreadPoolExecutor，corePoolSize为传递来的参数，maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE；keepAliveTime为0；时间单位TimeUnit.NANOSECONDS；workQueue为：new DelayedWorkQueue() 一个按超时时间升序排序的队列
• 通俗：创建一个固定大小的线程池，线程池内线程存活时间无限制，线程池可以支持定时及周期性任务执行，如果所有线程均处于繁忙状态，对于新任务会进入DelayedWorkQueue队列中，这是一种按照超时时间排序的队列结构
• 适用：执行周期性任务

• /**
   * 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行
   */
  public static void sceduleThreadPool() {
          ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
          Runnable r1 = () -> out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行:3秒后执行");
          scheduledThreadPool.schedule(r1, 3, TimeUnit.SECONDS);
          Runnable r2 = () -> out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行:延迟2秒后每3秒执行一次");
          scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(r2, 2, 3, TimeUnit.SECONDS);
          Runnable r3 = () -> out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行:普通任务");
          for (int i = 0; i < 5; i++) {
              scheduledThreadPool.execute(r3);
          }
  }
  ----output------
  线程名称：pool-1-thread-1，执行:普通任务
  线程名称：pool-1-thread-5，执行:普通任务
  线程名称：pool-1-thread-4，执行:普通任务
  线程名称：pool-1-thread-3，执行:普通任务
  线程名称：pool-1-thread-2，执行:普通任务
  线程名称：pool-1-thread-1，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
  线程名称：pool-1-thread-5，执行:3秒后执行
  线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
  线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
  线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
  线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次

七、备注：

• 一般如果线程池任务队列采用LinkedBlockingQueue队列的话，那么不会拒绝任何任务（因为其大小为Integer.MAX_VALUE），这种情况下，ThreadPoolExecutor最多仅会按照最小线程数corePoolSize来创建线程，也就是说线程池大小被忽略了。
• 如果线程池任务队列采用ArrayBlockingQueue队列，初始化设置了最大队列数。那么ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize才会生效，那么ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize才会生效会采用新的算法处理任务，
• 例如假定线程池的最小线程数为4，最大为8，ArrayBlockingQueue最大为10。随着任务到达并被放到队列中，线程池中最多运行4个线程（即核心线程数）直到队列完全填满，也就是说等待状态的任务小于等于10，ThreadPoolExecutor也只会利用4个核心线程线程处理任务。
• 如果队列已满，而又有新任务进来，此时才会启动一个新线程，这里不会因为队列已满而拒接该任务，相反会启动一个新线程。新线程会运行队列中的第一个任务，为新来的任务腾出空间。如果线程数已经等于最大线程数，任务队列也已经满了，则线程池会拒绝这个任务，默认拒绝策略是抛出异常。
• 这个算法背的理念是：该池大部分时间仅使用核心线程（4个），即使有适量的任务在队列中等待运行。这时线程池就可以用作节流阀。如果挤压的请求变得非常多，这时该池就会尝试运行更多的线程来清理；这时第二个节流阀—最大线程数就起作用了。