Java线程池原理

Java线程理解：

  线程是调度CPU的最小单元，也叫轻量级进程LMP(Light Weight Process)。

两种线程模型：

1. 用户级线程（ULT）：用户程序实现，不依赖操作系统核心，应用提供创建、同步、调度和管理线程的函数来控制用户线程。
   不需要用户态/内核态切换，速度快。内核对ULT无感知，线程阻塞则进程（包括它的所有线程）阻塞。
2. 内核级线程（KLT）：系统内核管理线程（KLT），内核保存线程的状态和上下文信息，线程阻塞不会引起进程阻塞。在多处理器系统上，
   多线程在多处理器上并行运行。线程的创建、调度和管理由内核完成，效率比ULT慢，比进程操作快。
   其中，JVM使用的是KLT。
   
   线程是CPU调度的最小单元
   线程是我们程序运行的载体

Java线程与系统内核线程：

  Java线程创建是依赖于系统内核，通过JVM调用系统库创建内核线程，内核线程与Java-Thread是1:1的关系

因此，线程的创建和销毁是比较费时间，消耗资源的。
所以对于线程，一般会进行池化管理。

线程池的意义：

  线程是稀缺资源，它的创建与销毁是一个相对偏重且消耗资源的操作，而Java线程依赖于内核线程，创建线程需要进行操作系统状态切换
，为避免资源过度消耗需要设法重用线程执行多个任务。线程池就是一个线程缓存，负责对线程进行统一分配、调优与监控。

什么时候用线程池？

• 单个任务处理时间比较短
• 需要处理的任务数量很大

线程池优势：

• 重用存在的线程，减少线程创建、消亡，提高性能。
• 提高响应速度，当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
• 提高线程的可管理性，可统一分配、调优和监控。

线程池原理：

下面为线程池工作原理图：

Java中线程池顶层接口是Executor，其中我们常用的实现类为ThreadPoolExecutor，其构造方法如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, //线程池中核心线程数的最大值
                          int maximumPoolSize,//线程池中能拥有最多线程数
                          long keepAliveTime,//表示空闲线程的存活时间。
                          TimeUnit unit,//表示keepAliveTime的单位。
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,//用于缓存任务的阻塞队列
                          ThreadFactory threadFactory,//
                          RejectedExecutionHandler handler//表示当workQueue已满，且池中的线程数达到maximumPoolSize时，线程池拒绝添加新任务时采取的策略。
                           ) {
                            this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
                            threadFactory, defaultHandler);
}

注意，线程池并没有标记哪个线程是核心线程，哪个是非核心线程，线程池只关心核心线程的数量。
线程池拒绝策略，handler一般可以采取以下四种取值。

名称	说明
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()	抛出RejectedExecutionException异常 （缺省）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()	由向线程池提交任务的线程来执行该任务
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()	抛弃最旧的任务（最先提交而没有得到执行的任务）
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()	抛弃当前的任务

BlockingQueue 阻塞队列，遵循FIFO，在任意时刻，不管并发有多高，永远只有一个线程能够进行队列的入队或者出队操作。是一个线程安全的队列。
队列分为：有界和无界

有界队列：
队列满，只能进行出队操作，所有入队的操作必须等待，也就是被阻塞。
队列空，只能进行入队操作，所有出队的操作必须等待，也就是被阻塞。

workQueue：它决定了缓存任务的排队策略。对于不同的应用场景我们可能会采取不同的排队策略，这就需要不同类型的阻塞队列，在线程池中常用的阻塞队列有以下2种：

• SynchronousQueue：此队列中不缓存任何一个任务。向线程池提交任务时，如果没有空闲线程来运行任务，则入列操作会阻塞。当有线程来获取任务时，出列操作会唤醒执行入列操作的线程。从这个特性来看，SynchronousQueue是一个无界队列，因此当使用SynchronousQueue作为线程池的阻塞队列时，参数maximumPoolSizes没有任何作用。
• LinkedBlockingQueue：顾名思义是用链表实现的队列，可以是有界的，也可以是无界的，但在Executors中默认使用无界的。

线程池五种状态：

1. Running 能接受新任务以及处理已添加的任务。
2. Shutdown 不接受新任务，可以处理已经添加的任务。
3. Stop 不接受新任务，不处理已经添加的任务，并且中断正在处理的任务。
4. Tidying 所有的任务已经终止，ctl记录的"任务数量"为0，ctl负责记录线程池的运行状态与活动线程数量。
5. Terminated 线程池彻底终止，则线程池转变为terminated状态。
   
   用一个原子类ctl来表示线程池生命状态。用于保证在高并发状态下，线程池的安全。
   
   源码解析：
   

Executors中的线程池的工厂方法

  为了防止使用者错误搭配ThreadPoolExecutor构造函数的各个参数以及更加方便简洁的创建ThreadPoolExecutor对象，JavaSE中又定义了Executors类，Eexcutors类提供了创建常用配置线程池的方法。以下是Executors常用的三个创建线程池的源代码。
从源码中可以看出，Executors间接的调用了重载的ThreadPoolExecutor构造函数，并帮助用户根据不同的应用场景，配置不同的参数。

1. newCachedThreadPool：使用SynchronousQueue作为阻塞队列，队列无界，线程的空闲时限为60秒。这种类型的线程池非常适用IO密集的服务，因为IO请求具有密集、数量巨大、不持续、服务器端CPU等待IO响应时间长的特点。服务器端为了能提高CPU的使用率就应该为每个IO请求都创建一个线程，以免CPU因为等待IO响应而空闲。

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

2. newFixedThreadPool：需指定核心线程数，核心线程数和最大线程数相同，使用LinkedBlockingQueue 作为阻塞队列，队列无界，线程空闲时间0秒。这种类型的线程池可以适用CPU密集的工作，在这种工作中CPU忙于计算而很少空闲，由于CPU能真正并发的执行的线程数是一定的（比如四核八线程），所以对于那些需要CPU进行大量计算的线程，创建的线程数超过CPU能够真正并发执行的线程数就没有太大的意义。

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

3. newSingleThreadExecutor：池中只有一个线程工作，阻塞队列无界，它能保证按照任务提交的顺序来执行任务。

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

4. newScheduleThreadPool:创建一个定长的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务执行，支持定时及周期性任务执行。

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