Java线程池

定义：java.util.concurrent.Executors提供了一个java.util.concurrent.Executor接口的实现用于创建线程池。一个线程池包括以下四个基本组成部分：

  1. 线程池管理器（ThreadPool）: 用于创建并管理线程池，包括创建线程池，销毁线程池，添加新任务；
  2. 工作线程（PoolWorker）: 线程池中线程，在没有任务时处于等待状态，可以循环的执行任务；
  3. 任务接口（Task）: 每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行，它主要规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等；
  4. 任务队列（TaskQueue）: 用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

使用线程池的好处：

  • 重用线程池中的线程，避免因为线程的创建和销毁所带来的性能开销。
  • 能有效控制线程池的最大并发数，避免大量的线程之间因互相抢占系统 资源而导致的阻塞现象。
  • 能够对线程进行简单的管理，并提供定时执行以及指定间隔循环执行等功能。

ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor是线程池的真正实现，它的构造方法提供了一系列参数来配置线程池，下面是ThreadPoolExecutor的参数最全的构造方法

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public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize

​ 线程池的核心线程数，默认情况下，核心线程数会在线程池中一直存活，即使它们处于闲置状态。如果将ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true，那么闲置的核心线程在等待新任务到来时会有超时策略，这个时间间隔由keepAliveTime所指定，当等待时间超过keepAliveTime所指定的时长后，核心线程就会终止。

maximumPoolSize

​ 线程池所能容纳的最大线程数，当活动线程数达到这个数值后，后续的新任务将会被阻塞。

keepAliveTime

​ 非核心线程闲置时的超时时长，超过这个时长，非核心线程将会被回收。当ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true时，keepAliveTime同样会作用于核心线程。

unit

​ 用于指定keepAliveTime参数的时间单位，这是一个枚举，常用的有TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MINUTES（分钟）等。

workQueue

​ 线程池中的队列任务，通过线程池的execute方法提交的Runnable对象会存储在这个参数中。

threadFactory

​ 线程工厂，为线程池提供创建新新线程的功能。ThreadFactory是一个接口，它只有一个方法：Thread newThread(Runnable c)。

handler

​ 当线程池无法执行新任务时，这可能是由于任务队列已满或者是无法成功执行任务，这个时候ThreadPoolExecutor会调用handler的rejectExecution方法来通知调用者。RejectedExecutionHandler是一个接口，有四个实现类，CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy和DiscardOldestPolicy，其中AbortPolicy是默认值，它会直接抛出RejectedExecutionException，这个参数不常用。

ThreadPoolExecutor执行任务时大致遵循如下规则：

  1. 如果线程池中的线程数量未达到核心线程的数量，那么会直接启动一个核心线程来执行任务。
  2. 如果线程池中的线程数量已经达到或者超过核心线程的数量，那么任务会被插入到任务队列中排队等待执行。
  3. 如果在步骤2中无法将任务插入到任务队列中，这往往是由于任务队列已满，这个时候如果线程数量未达到线程池规定的最大值，那么会立刻启动一个非核心线程来执行任务。
  4. 如果步骤3中线程数量已经达到线程池规定的最大值，那么就拒绝执行 此任务，ThreadPoolExecutor会调用RejectedExecutionHandler的rejectExecution方法来通知调用者。

Executors

为了方便使用，Java提供了Executors工具类，Executors提供了几种具有不同功能特性的线程池，它们都直接或间接地通过配置ThreadPoolExecutor来实现自己的功能特性。

1.FixedThreadPool

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

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

​ 通过Executors.newFixedThread(nThreads)方法来创建。它是一种线程数量固定的线程池，当线程池处于空闲状态时，它们并不会被回收，除非线程池被关闭了。当所有的线程池都处于活动状态时，新任务都会处于等待状态，直到有线程空闲出来。由于FixedThreadPool只有核心线程并且这些核心线程不会被回收，这意味着它能够更加快速地响应外界的请求。FixedThreadPool只有核心线程并且这些核心线程 没有超时机制，另外任务队列也是没有大小限制的。

2.CachedThreadPool

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

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

​ 通过Executors.newCachedThreadPool()方法来创建。它是一种线程数量不定的线程池，它只有非核心线程，并且其最大线程数为Integer.MAX_VALUE。由于Integer.MAX_VALUE是一个很大的数，实际上就相当于最大线程数可以任意大。当线程池中的线程都处于活动状态时，线程池会创建新的线程来处理新任务，否则就会利用空闲的线程来处理新任务。线程池中的空闲线程都有超时机制，这个超时时长为60秒，超过60秒闲置线程就会被回收。和FixedThreadPool不同的是，CachedThreadPool的任务队列其实相当于一个空集合，这将导致人和任务都会被立即执行，因为在这种场景下SynchronousQueue是无法插入任务的。SynchronousQueue是一个非常特殊的队列，在很多情况下可以把它简单理解为一个无法存储元素的队列，在实际中较少使用。从CachedThreadPool的特性来看，这类线程比较适合执行大量的耗时较少的任务。当整个线程池处于闲置状态时，线程池中的线程都会超时而被停止，这个时候CachedThreadPool之中实际上是没有任何线程的，它几乎不占用任何系统资源的。

3.ScheduledThreadPool

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

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

​ 通过Executors.newCachedThreadPool(corePoolSize)方法来创建。它的核心线程数量是固定的，而非核心线程数是没有限制的，并且当非核心线程闲置时会被立即回收。ScheduledThreadPool这类线程主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务。

4.SingleThreadExecutor

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

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

​ 通过Executors.newSingleThreadExecutor()方法来创建。这类线程池内部只有一个核心线程，它确保所有的任务都在同一个线程中按照顺序执行。SingleThreadExecutor的意义在于统一所有的外界任务到同一个线程中，这使得在这些任务之间不需要处理线程同步的问题。