Java线程池
java线程的创建、销毁和线程减切换是一件比较耗费计算机资源的事。如果我们需要用多线程处理任务，并频繁的创建、销毁线程会造成计算机资源的无端浪费，因此出现了线程池技术。在《java并发编程的艺术》一书中，作者总结了三条使用线程池的好处：
- 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
- 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
- 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
线程池的创建
线程池的创建可以通过创建 ThreadPoolExecutor 对象或者调用 Executors 的工厂方法来创建线程池。但是在阿里巴巴的java开发手册中提到：
【强制】线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。
说明： Executors 返回的线程池对象的弊端如下：
1） FixedThreadPool 和 SingleThreadPool:
允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。
2） CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool:
允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE， 可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。
因此先看一下怎么通过创建 ThreadPoolExecutor 对象来创建一个线程池:
/**
* Creates a new {@code ThreadPoolExecutor} with the given initial
* parameters.
*
* @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even
* if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set
* @param maximumPoolSize the maximum number of threads to allow in the
* pool
* @param keepAliveTime when the number of threads is greater than
* the core, this is the maximum time that excess idle threads
* will wait for new tasks before terminating.
* @param unit the time unit for the {@code keepAliveTime} argument
* @param workQueue the queue to use for holding tasks before they are
* executed. This queue will hold only the {@code Runnable}
* tasks submitted by the {@code execute} method.
* @param threadFactory the factory to use when the executor
* creates a new thread
* @param handler the handler to use when execution is blocked
* because the thread bounds and queue capacities are reached
* @throws IllegalArgumentException if one of the following holds:<br>
* {@code corePoolSize < 0}<br>
* {@code keepAliveTime < 0}<br>
* {@code maximumPoolSize <= 0}<br>
* {@code maximumPoolSize < corePoolSize}
* @throws NullPointerException if {@code workQueue}
* or {@code threadFactory} or {@code handler} is null
*/
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
if (corePoolSize < 0 ||
maximumPoolSize <= 0 ||
maximumPoolSize < corePoolSize ||
keepAliveTime < 0)
throw new IllegalArgumentException();
if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
throw new NullPointerException();
this.corePoolSize = corePoolSize;
this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
this.workQueue = workQueue;
this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
this.threadFactory = threadFactory;
this.handler = handler;
}
通过ThreadPoolExecutor的构造器代码以及JavaDoc应该算比较容易看出来咯吧：
- corePoolSize： 核心线程池大小，当新的任务到线程池后，线程池会创建新的线程（即使有空闲线程），直到核心线程池已满。
- maximumPoolSize：最大线程池大小，顾名思义，线程池能创建的线程的最大数目。
- keepAliveTime：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。
- TimeUnit：时间单位。
- BlockingQueue：用来储存等待执行任务的队列。
- threadFactory：线程工程。
- RejectedExecutionHandler：当队列和线程池都满了时拒绝任务的策略。
重要参数说明：
-
corePoolSize和maximumPoolSize
默认情况下线程中的线程初始时为 0， 当有新的任务到来时才会创建新线程，当线程数目到达 corePoolSize 的数量时，新的任务会被缓存到 workQueue 队列中。如果不断有新的任务到来，队列也满了的话，线程池会再新建线程直到总的线程数目达到 maximumPoolSize。如果还有新的任务到来，则要根据 handler 对新的任务进行相应拒绝处理。 -
BlockingQueue<Runnable>
一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，常用的有如下几种：ArrayBlockingQueue:是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。LinkedBlockingQueue:一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO （先进先出） 排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。SynchronousQueue: 一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。PriorityBlockingQueue: 一个具有优先级得无限阻塞队列。
-
RejectedExecutionHandler
当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。有下面四种JDK提供的策略：AbortPolicy:表示无法处理新任务时抛出异常, 默认策略
/** * A handler for rejected tasks that throws a * {@code RejectedExecutionException}. */ public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler { /** * Creates an {@code AbortPolicy}. */ public AbortPolicy() { } /** * Always throws RejectedExecutionException. * * @param r the runnable task requested to be executed * @param e the executor attempting to execute this task * @throws RejectedExecutionException always */ public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() + " rejected from " + e.toString());//抛出异常 } }CallerRunsPolicy:用调用者所在线程来运行任务。
/** * A handler for rejected tasks that runs the rejected task * directly in the calling thread of the {@code execute} method, * unless the executor has been shut down, in which case the task * is discarded. */ public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler { /** * Creates a {@code CallerRunsPolicy}. */ public CallerRunsPolicy() { } /** * Executes task r in the caller's thread, unless the executor * has been shut down, in which case the task is discarded. * * @param r the runnable task requested to be executed * @param e the executor attempting to execute this task */ public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { if (!e.isShutdown()) { r.run(); //直接执行该任务，执行者就是调用者 } } }DiscardOldestPolicy:该策略将丢弃最老的一个请求，也就是即将被执行的任务，并尝试再次提交当前任务。
/** * A handler for rejected tasks that discards the oldest unhandled * request and then retries {@code execute}, unless the executor * is shut down, in which case the task is discarded. */ public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler { /** * Creates a {@code DiscardOldestPolicy} for the given executor. */ public DiscardOldestPolicy() { } /** * Obtains and ignores the next task that the executor * would otherwise execute, if one is immediately available, * and then retries execution of task r, unless the executor * is shut down, in which case task r is instead discarded. * * @param r the runnable task requested to be executed * @param e the executor attempting to execute this task */ public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { if (!e.isShutdown()) { e.getQueue().poll();//将e队列中的最老请求丢弃 e.execute(r);//将最新的任务提交进去 } } }DiscardPolicy:不处理，丢弃掉
/** * A handler for rejected tasks that silently discards the * rejected task. */ public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler { /** * Creates a {@code DiscardPolicy}. */ public DiscardPolicy() { } /** * Does nothing, which has the effect of discarding task r. * * @param r the runnable task requested to be executed * @param e the executor attempting to execute this task */ public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) { }//直接忽略掉，不做任何处理 }
除了这些JDK提供的策略外，还可以自己实现 RejectedExecutionHandler 接口定义策略。
上面完整的讲解了ThreadPoolExecutor的构造器，那么接下来，就通过ThreadPoolExecutor来自我创建一个线程池:
public class CreateThreadPool {
public static void main(String args[]) {
//不建议的做法 ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
//使用 guava 开源框架的 ThreadFactoryBuilder 给线程池的线程设置名字
ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("demo-thread-%d").build();
ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(4, 10, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>(256), namedThreadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
pool.execute(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getName()));
pool.execute(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getName()));
pool.execute(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getName()));
pool.shutdown();
}
}
使用Exeutors工厂来创建线程池
1.SingleThreadExecutor
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。
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
threadFactory));
}
2.FixedThreadPool
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。
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
3.CachedThreadPool
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, 极端情况下会因为创建过多线程而耗尽系统资源
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
这里虽然指定 maximumPool 为 Integer.MAX_VALUE，但没什么意义，如果不能满足任务执行需求，CachedThreadPool 还会继续创建新的线程。
4.ScheduledThreadPool
主要用来在给定的延迟之后运行任务，或者定期执行任务。
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}
5.WorkStealingPool
newWorkStealingPool 是jdk1.8才有的，会根据所需的并行层次来动态创建和关闭线程，通过使用多个队列减少竞争，底层用的 ForkJoinPool来实现的。ForkJoinPool 的优势在于，可以充分利用多cpu，多核cpu的优势，把一个任务拆分成多个“小任务”，把多个“小任务”放到多个处理器核心上并行执行；当多个“小任务”执行完成之后，再将这些执行结果合并起来即可。
public static ExecutorService newWorkStealingPool() {
return new ForkJoinPool
(Runtime.getRuntime().availableProcessors(),
ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
null, true);
}
五种线程池的使用场景
newSingleThreadExecutor:一个单线程的线程池，可以用于需要保证顺序执行的场景，并且只有一个线程在执行。newFixedThreadPool:一个固定大小的线程池，可以用于已知并发压力的情况下，对线程数做限制。newCachedThreadPool:一个可以无限扩大的线程池，比较适合处理执行时间比较小的任务。newScheduledThreadPool:可以延时启动，定时启动的线程池，适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景。newWorkStealingPool:一个拥有多个任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可用cpu数量的线程来并行执行。
线程池的关闭
shutdown
shutdown 的原理是只是将线程池的状态设置成 SHUTDOWN 状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。
shutdownNow
shutdownNow 的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的 interrupt 方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。shutdownNow 会首先将线程池的状态设置成 STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。
> 引用：https://blog.youkuaiyun.com/wy11933/article/details/80399562
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