架构师之路-线程池学习-优快云博客

为何需要线程池

线程的创建和销毁都需要映射到操作系统，因此其代价是比较高昂的。出于避免频繁创建、销毁线程以及方便线程管理的需要，线程池应运而生。

线程池优势

降低资源消耗： 线程池通常会维护一些线程（数量为 corePoolSize），这些线程被重复使用来执行不同的任务，任务完成后不会销毁。在待处理任务量很大的时候，通过对线程资源的复用，避免了线程的频繁创建与销毁，从而降低了系统资源消耗。
提高响应速度： 由于线程池维护了一批 alive 状态的线程，当任务到达时，不需要再创建线程，而是直接由这些线程去执行任务，从而减少了任务的等待时间。
提高线程的可管理性： 使用线程池可以对线程进行统一的分配，调优和监控。

线程池设计思路

线程池流程图：
在这里插入图片描述
线程池流程简图：

线程池源码

ThreadPoolExecutor构造方法中涉及到的参数：

corePoolSize（必需）： 核心线程数。即池中一直保持存活的线程数，即使这些线程处于空闲。但是将allowCoreThreadTimeOut参数设置为true后，核心线程处于空闲一段时间以上，也会被回收。
maximumPoolSize（必需）： 池中允许的最大线程数。当核心线程全部繁忙且任务队列打满之后，线程池会临时追加线程，直到总线程数达到maximumPoolSize这个上限。
keepAliveTime（必需）： 线程空闲超时时间。当非核心线程处于空闲状态的时间超过这个时间后，该线程将被回收。将allowCoreThreadTimeOut参数设置为true后，核心线程也会被回收。
unit（必需）： keepAliveTime参数的时间单位。有：TimeUnit.DAYS（天）、TimeUnit.HOURS（小时）、TimeUnit.MINUTES（分钟）、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.MICROSECONDS（微秒）、TimeUnit.NANOSECONDS（纳秒）
workQueue（必需）： 任务队列，采用阻塞队列实现。当核心线程全部繁忙时，后续由execute方法提交的Runnable将存放在任务队列中，等待被线程处理。
threadFactory（可选）： 线程工厂。指定线程池创建线程的方式。
handler（可选）： 拒绝策略。当线程池中线程数达到maximumPoolSize且workQueue打满时，后续提交的任务将被拒绝，handler可以指定用什么方式拒绝任务。

workQueue任务队列

使用ThreadPoolExecutor需要指定一个实现了BlockingQueue接口的任务等待队列。在ThreadPoolExecutor线程池的API文档中，一共推荐了三种等待队列，它们是：SynchronousQueue、LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue；

ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列（数组结构可配合指针实现一个环形队列）。在线程池初始化时，指定队列的容量，后续无法再调整。这种有界队列有利于防止资源耗尽，但可能更难调整和控制。
new ThreadPoolExecutor(1,10,500L, TimeUnit.MILLISECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(10));
LinkedBlockingQueue：无界队列（严格来说并非无界，上限是Integer.MAX_VALUE），基于链表结构。使用无界队列后，当核心线程都繁忙时，后续任务可以无限加入队列，因此线程池中线程数不会超过核心线程数。这种队列可以提高线程池吞吐量，但代价是牺牲内存空间，甚至会导致内存溢出。另外，使用它时可以指定容量，这样它也就是一种有界队列了（一个由链表结构组成的有界阻塞队列，在未指明容量时，容量默认为 Integer.MAX_VALUE）。
new ThreadPoolExecutor(1,10,500L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<>());
SynchronousQueue：同步队列。这是一个内部没有任何容量的阻塞队列，一个不存储元素的阻塞队列，消费者线程调用take。
new ThreadPoolExecutor(1,10,500L, TimeUnit.MILLISECONDS,new SynchronousQueue<>());//不存储元素实时的

Java还提供了另外4种队列：

LinkedBlockingDeque：使用双向队列实现的有界双端阻塞队列。双端意味着可以像普通队列一样 FIFO（先进先出），也可以像栈一样 FILO（先进后出）。
new ThreadPoolExecutor(1,10,500L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingDeque<>());// 有界
PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列，对元素没有要求，可以实现Comparable接口也可以提供Comparator来对队列中的元素进行比较。跟时间没有任何关系，仅仅是按照优先级取任务。
new ThreadPoolExecutor(1,10,500L, TimeUnit.MILLISECONDS,new PriorityBlockingQueue<>());// 无界
DelayQueue：延迟队列。类似于PriorityBlockingQueue，是二叉堆实现的无界优先级阻塞队列。必须是实现Delayed接口的类对象，通过执行时延从队列中提取任务，时间没到任务取不出来。
new ThreadPoolExecutor(1,10,500L, TimeUnit.MILLISECONDS,new DelayQueue());// 无界
LinkedTransferQueue：它是ConcurrentLinkedQueue、LinkedBlockingQueue 和 SynchronousQueue 的结合体：
由链表结构组成的无界阻塞队列。这个队列比较特别的时，采用一种预占模式，意思就是消费者线程取元素时，如果队列不为空，则直接取走数据，若队列为空，那就生成一个节点（节点元素为null）入队，然后消费者线程被等待在这个节点上，后面生产者线程入队时发现有一个元素为null的节点，生产者线程就不入队了，直接就将元素填充到该节点，并唤醒该节点等待的线程，被唤醒的消费者线程取走元素。但是把它用在 ThreadPoolExecutor 中，和 LinkedBlockingQueue 行为一致，但是是无界的阻塞队列。
new ThreadPoolExecutor(1,10,500L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedTransferQueue<>());

注意有界队列和无界队列的区别：
如果使用有界队列，当队列饱和时并超过最大线程数时就会执行拒绝策略；
而如果使用无界队列，因为任务队列永远都可以添加任务，所以设置 maximumPoolSize 没有任何意义。

handler拒绝策略

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。(默认)
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丢弃任务，但是不抛出异常。如果线程队列已满，则后续提交的任务都会被丢弃，且是静默丢弃
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新提交被拒绝的任务。
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy ：直接运行这个任务的run方法，但并非是由线程池的线程处理，而是交由任务的调用线程处理。

Executors

Executors 的4个功能线程池虽然方便，但现在已经不建议使用了，而是建议直接通过使用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。

其实 Executors的4个功能线程有如下弊端：

FixedThreadPool （new LinkedBlockingQueue()）
SingleThreadExecutor （new LinkedBlockingQueue()）
主要问题是堆积的请求处理队列均采用 LinkedBlockingQueue ，可能会耗费非常大的内存，甚至 OOM。
CachedThreadPool （new SynchronousQueue()）
ScheduledThreadPool （new DelayedWorkQueue()）
主要问题是线程数最大数是Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程，甚至 OOM。

线程池状态

runState表示当前线程池的状态，它是一个 volatile 变量用来保证线程之间的可见性。
下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值，有以下几个状态：

RUNNING：当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；
SHUTDOWN：如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；
STOP：如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；
TERMINATED：当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。