java线程池的使用

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线程池概述

线程池（Thread Pool）是一种基于池化思想管理线程的工具。使用线程池可以带来诸多好处：
①降低资源消耗：通过池化技术复用已创建的线程，减少线程创建和销毁的损耗。
②提高响应速度：任务到达时，特定情况下无需再创建线程。
③便于管理。
java中线程池相关的接口和类主要包括：
Executor是线程执行器
Runnable接口定义任务逻辑，通过这两个接口将任务的定义和执行分离开来。
ThreadPoolExecutor实现ExecutorService,以内部线程池的形式对外提供管理任务执行，线程调度，线程池管理等服务
Executors中提供了一些默认提供的线程池，都是通过参数设置来实现不同的线程池机制

线程池的七个参数

核心构造方法：

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.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

corePoolSize: 核心线程数
maximumPoolSize：最大线程数
keepAliveTime：核心线程除外的空闲线程存活的最大时间，之后归还给OS
unit：keepAliveTime的单位
workQueue：阻塞任务队列
threadFactory：新建线程工厂
handler：拒绝策略，jdk默认提供四种，但是生产环境一般需要自定义实现
下面通过任务调度execute方法研究下参数间的关系

public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        int c = ctl.get();
        //worker数量(理解为线程池中线程数量)比核心线程数corePoolSize少时，直接创建worker执行任务
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        //此时worker数量>核心线程数corePoolSize
        //将任务加到阻塞队列中，由线程池去调度
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
        //此时如果线程池依旧是运行状态，那么就是任务队列已满
        //尝试新加非核心worker去执行任务
        //执行任务失败或可能是非核心worker大于maximumPoolSize，则执行拒绝策略
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

总结一下：
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，关闭空闲线程
6.当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭

拒绝策略

当线程池任务队列已满并且线程数量达到maximumPoolSize，线程池执行拒绝策略。
拒绝策略接口：

public interface RejectedExecutionHandler {
    void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
}

jdk提供的四种策略介绍：
CallerRunsPolicy：由提交任务的线程取处理。这种情况是需要让所有任务都执行完毕。
AbortPolicy: 直接丢弃任务并抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException异常
DiscardPolicy：丢弃任务但不抛出异常
DiscardOldPolicy：丢弃任务最前面的异常，并重新提交被拒绝的任务。
一般生产环境都需要实现自定义的拒绝策略，将任务保存起来。

默认提供的四个线程池

1.单个线程的线程池（newSingleThreadExecutor）

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class SingleThreadPool {
	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor();
		for(int i=0; i<5; i++) {
			final int j = i;
			service.execute(()->{
				System.out.println(j + " " + Thread.currentThread().getName());
			});
		}
		service.shutdown();	
	}
}

SingleThreadExecutor创建的是一个核心线程数和最大线程数都是1，任务队列是LinkedBlockingQueue的无界队列的线程池。单线程的线程池可以保证队列中的任务按照指定顺序执行。

2.固定线程数的线程池（newFixedThreadPool）

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class FixedThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
    	// 获取计算机有几个核
        int processors = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
        // 固定个数的线程池,可以为每个CPU核绑定一定数量的线程数
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(processors * 5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            });
        }
        fixedThreadPool.shutdown();
    }
}

newFixedThreadPool创建的是一个固定线程数（核心线程数和最大线程数都是同一个指定值），任务队列是LinkedBlockingQueue的无界队列的线程池。线程池中最多有nThreads个线程处于活动状态，当线程中所有线程都处于活动状态时，新任务会加入无界队列等待执行，任务永远不会被拒绝，不会创建核心线程数意外的线程，线程也不会被销毁，适合平稳且固定的任务开发场景。

3.缓存的线程池（newCachedThreadPool）

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CachedPool {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
		System.out.println(service);
		for (int i = 0; i < 2; i++) {
			service.execute(() -> {
				try {
					TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}				
				System.out.println(Thread.currentThread().getName());				
			});
		}
		service.shutdown();	
	}
}

CachedThreadPool创建的是一个核心线程数为0，最大线程数为最大整型值，任务队列是SynchronousQueue的线程池。SynchronousQueue队列的特点是他的take方法需要put方法等待，put方法需要需要taken方法等待，否则提交任务线程就会一直阻塞。队列是没有存储空间的，需要找到一个空闲线程去处理任务，如果当前没有空闲线程的话就新建线程处理，线程空闲超过60s就会被回收杀死。适合任务执行时间短，任务数量不明确的场景。他的缺点是如果提交任务数量远大于处理速度，就会不断创建线程耗尽系统资源。

4.定时任务线程池（newScheduledThreadPool）

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ScheduledPool {
	public static void main(String[] args) {
	//指定核心线程数
		ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(4);
		service.scheduleAtFixedRate(()->{
			try {
				TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(new Random().nextInt(1000));
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName());
		}, 0, 500, TimeUnit.MILLISECONDS);		
	}
}