Java多线程-线程池ThreadPoolExecutor构造方法和规则

为什么用线程池
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有时候，系统需要处理非常多的执行时间很短的请求，如果每一个请求都开启一个新线程的话，系统就要不断的进行线程的创建和销毁，有时花在创建和销毁线程上的时间会比线程真正执行的时间还长。而且当线程数量太多时，系统不一定能受得了。

使用线程池主要为了解决一下几个问题：

通过重用线程池中的线程，来减少每个线程创建和销毁的性能开销。
对线程进行一些维护和管理，比如定时开始，周期执行，并发数控制等等。
Executor
Executor是一个接口，跟线程池有关的基本都要跟他打交道。下面是常用的ThreadPoolExecutor的关系。

Executor接口很简单，只有一个execute方法。

ExecutorService是Executor的子接口，增加了一些常用的对线程的控制方法，之后使用线程池主要也是使用这些方法。

AbstractExecutorService是一个抽象类。ThreadPoolExecutor就是实现了这个类。

ThreadPoolExecutor
构造方法
ThreadPoolExecutor是线程池的真正实现，他通过构造方法的一系列参数，来构成不同配置的线程池。常用的构造方法有下面四个：

这里写图片描述

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                        int maximumPoolSize,
                        long keepAliveTime,
                        TimeUnit unit,
                        BlockingQueue<Runnable> workQueue) 

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

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

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

构造方法参数说明
corePoolSize

核心线程数，默认情况下核心线程会一直存活，即使处于闲置状态也不会受存keepAliveTime限制。除非将allowCoreThreadTimeOut设置为true。

maximumPoolSize

线程池所能容纳的最大线程数。超过这个数的线程将被阻塞。当任务队列为没有设置大小的LinkedBlockingDeque时，这个值无效。

keepAliveTime

非核心线程的闲置超时时间，超过这个时间就会被回收。

unit

指定keepAliveTime的单位，如TimeUnit.SECONDS。当将allowCoreThreadTimeOut设置为true时对corePoolSize生效。

workQueue

线程池中的任务队列.

常用的有三种队列，SynchronousQueue,LinkedBlockingDeque,ArrayBlockingQueue。

threadFactory

线程工厂，提供创建新线程的功能。ThreadFactory是一个接口，只有一个方法

public interface ThreadFactory {
  Thread newThread(Runnable r);
}

通过线程工厂可以对线程的一些属性进行定制。

默认的工厂：

static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {
  private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
  private final ThreadGroup group;
  private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
  private final String namePrefix;

  DefaultThreadFactory() {
      SecurityManager var1 = System.getSecurityManager();
      this.group = var1 != null?var1.getThreadGroup():Thread.currentThread().getThreadGroup();
      this.namePrefix = "pool-" + poolNumber.getAndIncrement() + "-thread-";
  }

  public Thread newThread(Runnable var1) {
      Thread var2 = new Thread(this.group, var1, this.namePrefix + this.threadNumber.getAndIncrement(), 0L);
      if(var2.isDaemon()) {
          var2.setDaemon(false);
      }

      if(var2.getPriority() != 5) {
          var2.setPriority(5);
      }

      return var2;
  }
}

**RejectedExecutionHandler**

RejectedExecutionHandler也是一个接口，只有一个方法

public interface RejectedExecutionHandler {
  void rejectedExecution(Runnable var1, ThreadPoolExecutor var2);
}

当线程池中的资源已经全部使用，添加新线程被拒绝时，会调用RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法。

线程池规则
线程池的线程执行规则跟任务队列有很大的关系。

下面都假设任务队列没有大小限制：

如果线程数量<=核心线程数量，那么直接启动一个核心线程来执行任务，不会放入队列中。
如果线程数量>核心线程数，但<=最大线程数，并且任务队列是LinkedBlockingDeque的时候，超过核心线程数量的任务会放在任务队列中排队。
如果线程数量>核心线程数，但<=最大线程数，并且任务队列是SynchronousQueue的时候，线程池会创建新线程执行任务，这些任务也不会被放在任务队列中。这些线程属于非核心线程，在任务完成后，闲置时间达到了超时时间就会被清除。
如果线程数量>核心线程数，并且>最大线程数，当任务队列是LinkedBlockingDeque，会将超过核心线程的任务放在任务队列中排队。也就是当任务队列是LinkedBlockingDeque并且没有大小限制时，线程池的最大线程数设置是无效的，他的线程数最多不会超过核心线程数。
如果线程数量>核心线程数，并且>最大线程数，当任务队列是SynchronousQueue的时候，会因为线程池拒绝添加任务而抛出异常。
任务队列大小有限时

当LinkedBlockingDeque塞满时，新增的任务会直接创建新线程来执行，当创建的线程数量超过最大线程数量时会抛异常。
SynchronousQueue没有数量限制。因为他根本不保持这些任务，而是直接交给线程池去执行。当任务数量超过最大线程数时会直接抛异常。

规则验证
前提
所有的任务都是下面这样的，睡眠两秒后打印一行日志：

Runnable myRunnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
};

所有验证过程都是下面这样，先执行三个，再执行三个，8秒后，各看一次信息

executor.execute(myRunnable);
executor.execute(myRunnable);
executor.execute(myRunnable);
System.out.println("---先开三个---");
System.out.println("核心线程数" + executor.getCorePoolSize());
System.out.println("线程池数" + executor.getPoolSize());
System.out.println("队列任务数" + executor.getQueue().size());
executor.execute(myRunnable);
executor.execute(myRunnable);
executor.execute(myRunnable);
System.out.println("---再开三个---");
System.out.println("核心线程数" + executor.getCorePoolSize());
System.out.println("线程池数" + executor.getPoolSize());
System.out.println("队列任务数" + executor.getQueue().size());
Thread.sleep(8000);
System.out.println("----8秒之后----");
System.out.println("核心线程数" + executor.getCorePoolSize());
System.out.println("线程池数" + executor.getPoolSize());
System.out.println("队列任务数" + executor.getQueue().size());

验证1
核心线程数为6，最大线程数为10。超时时间为5秒

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(6, 10, 5, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());

---先开三个---
核心线程数6
线程池线程数3
队列任务数0
---再开三个---
核心线程数6
线程池线程数6
队列任务数0
pool-1-thread-1 run
pool-1-thread-6 run
pool-1-thread-5 run
pool-1-thread-3 run
pool-1-thread-4 run
pool-1-thread-2 run
----8秒之后----
核心线程数6
线程池线程数6
队列任务数0

可以看到每个任务都是是直接启动一个核心线程来执行任务，一共创建了6个线程，不会放入队列中。8秒后线程池还是6个线程，核心线程默认情况下不会被回收，不收超时时间限制。

验证2
核心线程数为3，最大线程数为6。超时时间为5秒,队列是LinkedBlockingDeque

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>());

---先开三个---
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数0
---再开三个---
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数3
pool-1-thread-3 run
pool-1-thread-1 run
pool-1-thread-2 run
pool-1-thread-3 run
pool-1-thread-1 run
pool-1-thread-2 run
----8秒之后----
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数0

当任务数超过核心线程数时，会将超出的任务放在队列中，只会创建3个线程重复利用。

验证3
核心线程数为3，最大线程数为6。超时时间为5秒,队列是SynchronousQueue

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 5, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());

---先开三个---
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数0
---再开三个---
核心线程数3
线程池线程数6
队列任务数0
pool-1-thread-2 run
pool-1-thread-3 run
pool-1-thread-6 run
pool-1-thread-4 run
pool-1-thread-5 run
pool-1-thread-1 run
----8秒之后----
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数0

当队列是SynchronousQueue时，超出核心线程的任务会创建新的线程来执行，看到一共有6个线程。但是这些线程是费核心线程，收超时时间限制，在任务完成后限制超过5秒就会被回收。所以最后看到线程池还是只有三个线程。

验证4
核心线程数是3，最大线程数是4，队列是LinkedBlockingDeque

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>());

---先开三个---
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数0
---再开三个---
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数3
pool-1-thread-3 run
pool-1-thread-1 run
pool-1-thread-2 run
pool-1-thread-3 run
pool-1-thread-1 run
pool-1-thread-2 run
----8秒之后----
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数0

LinkedBlockingDeque根本不受最大线程数影响。

但是当LinkedBlockingDeque有大小限制时就会受最大线程数影响了

4.1 比如下面，将队列大小设置为2.

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>(2));

---先开三个---
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数0
---再开三个---
核心线程数3
线程池线程数4
队列任务数2
pool-1-thread-2 run
pool-1-thread-1 run
pool-1-thread-4 run
pool-1-thread-3 run
pool-1-thread-1 run
pool-1-thread-2 run
----8秒之后----
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数0

首先为三个任务开启了三个核心线程1，2，3，然后第四个任务和第五个任务加入到队列中，第六个任务因为队列满了，就直接创建一个新线程4，这是一共有四个线程，没有超过最大线程数。8秒后，非核心线程收超时时间影响回收了，因此线程池只剩3个线程了。

4.2 将队列大小设置为1

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>(1));

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task com.sunlinlin.threaddemo.Main$1@677327b6 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@14ae5a5[Running, pool size = 4, active threads = 4, queued tasks = 1, completed tasks = 0]
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
    at com.sunlinlin.threaddemo.Main.main(Main.java:35)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:147)
---先开三个---
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数0
pool-1-thread-1 run
pool-1-thread-2 run
pool-1-thread-3 run
pool-1-thread-4 run
pool-1-thread-1 run

直接出错在第6个execute方法上。因为核心线程是3个，当加入第四个任务的时候，就把第四个放在队列中。加入第五个任务时，因为队列满了，就创建新线程执行，创建了线程4。当加入第六个线程时，也会尝试创建线程，但是因为已经达到了线程池最大线程数，所以直接抛异常了。

验证5
核心线程数是3 ，最大线程数是4，队列是SynchronousQueue

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task com.sunlinlin.threaddemo.Main$1@14ae5a5 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@7f31245a[Running, pool size = 4, active threads = 4, queued tasks = 0, completed tasks = 0]
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
    at com.sunlinlin.threaddemo.Main.main(Main.java:34)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:147)
---先开三个---
核心线程数3
线程池线程数3
队列任务数0
pool-1-thread-2 run
pool-1-thread-3 run
pool-1-thread-4 run
pool-1-thread-1 run

这次在添加第五个任务时就报错了，因为SynchronousQueue各奔不保存任务，收到一个任务就去创建新线程。所以第五个就会抛异常了。

线程池的分类
Android中最常见的四类具有不同功能特性的线程池:

1.FixedThreadPool

//特点:
//核心线程数和最大线程数相同.
//无超时时间
    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(
                nThreads, nThreads,
                0L, TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()
        );

这是一种数量固定的线程池,当线程处于空闲的时候,并不会被回收,除非线程池被关闭.

当所有的线程都处于活动状态时,新任务都会处于等待状态,直到有线程空闲出来.

由于FixedThreadPool中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.

通过构造方法可以看出,FixedThreadPool只有核心线程,并且超时时间为0(即无超时时间),所以不会被回收.

2.CacheThreadPool

//无核心线程,并且最大线程数为int的最大值.
//超时时间为60s
//队列为SynchronousQueue同步阻塞队列,队列中没有任何容量.只有在有需求的情况下,队列中才可以试着添加任务.

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

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(也就相当于线程池的线程数量可以无限大).

当线程池中所有线程都处于活动的状态时,线程池会创建新的线程来处理新任务,否则就会复用空闲线程来处理.

值得注意的是,这个线程池中储存任务的队列是SynchronousQueue队列,这个队列可以理解为无法储存的队列,只有在可以取出的情况下,才会向其内添加任务.

从整个CacheThreadPool的特性来看:

(1)比较适合执行大量的耗时较少的任务.

(2)当整个线程都处于闲置状态时,线程池中的线程都会超时而被停止,这时候的CacheThreadPool几乎不占任何系统资源的.

3.ScheduledThreadPool

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

//核心线程数是固定的,非核心线程无限大,并且非核心线程数有10s的空闲存活时间

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

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.

ScheduThreadPool这类线程池主要用于执行定时任务和具有固定周期的重复任务.

而DelayedWorkQueue这个队列就是包装过的DelayedQueue,这个类的特点是在存入时会有一个Delay对象一起存入,代表需要过多少时间才能取出,相当于一个延时队列.

4.SingleThreadExecutor

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return Executors.newSingleThreadExecutor();
    }
    //特点:
    //线程中只有一个核心线程
    //并且无超时时间
    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
                (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                        0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                        new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

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顺序执行.

SingleThreadExecutor的意义在于统一外界所有任务到一个线程,这使得这些任务之间不需要处理线程同步的问题.