Java线程池创建及底层原理详解

1）线程池：

• 一种线程使用模式，维护着多个线程,等待着监督管理者分配可并发执行的任务
• 线程池做的工作主要是控制运行的线程数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。

2）线程池的优势：

• 线程复用：
  • 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。
• 控制最大并发数：
  • 通过设定线程池的容量，管理最大并发线程数。
• 管理线程：
  • 提高线程的可管理性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
• 提高响应速度：
  • 当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。

3）线程池的创建：

Java中的线程池是通过Executor框架实现的，该框架中用到了Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor这几个类和接口。

3.1 Executors.newFixedThreadPool(int n)

• 执行长期任务性能好，创建一个有n个固定线程的线程池。

3.2 Executors.newSingleThreadExecutor()

• 创建一个只有一个固定线程的线程池。

3.3 Executors.newCachedThreadPool()

• 执行很多短期异步任务时，线程池根据需要创建新线程，但在先前构建的线程可用时将重用它们，可扩容。

4）线程池源码解析：

4.1 Executors.newFixedThreadPool(int n)

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

4.2 Executors.newSingleThreadExecutor()

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

4.3 Executors.newCachedThreadPool()

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

4.4 线程池创建通用源码七大参数解析

    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;
    }

• int corePoolSize
  • 线程池中的常驻核心线程数
• int maximumPoolSize
  • 线程中能够容纳同时执行的最大线程数，必须大于等于1
• long keepAliveTime
  • 多余的空闲线程的存活时间，当前池中线程数量超过corePoolSize时，当空闲时间达keepAliveTime时，多余线程会被销毁直到只剩下corePoolSize个线程为止
• TimeUnit unit
  • keepAliveTime 的单位
• BlockingQueue workQueue
  • 任务队列，被提交但尚未被执行的任务
• ThreadFactory threadFactory
  • 生成线程池中工作线程的线程工厂，用于创建线程，一般默认的即可。
• ThreadFactory threadFactory
  • 拒绝策略，当队列满时并且工作线程大于等于线程池的最大线程数maximumPoolSize时，如何来拒绝请求执行的runnable的策略。

4.5 四大拒绝策略

• AbortPolicy(默认):
  • 直接抛出RejectedExecutionException异常阻止系统正常运行
• CallerRunsPolicy：
  • 该策略不会抛弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者，从而降低新任务的流量。
• DiscardPolicy：
  • 该策略会丢弃无法处理的任务，不予任何处理也不会抛出异常，如果允许任务丢失，这是最好的一种策略。
• DiscardOldestPolicy：
  • 抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加入队列中尝试再次提交当前任务。

4.6 线程池的选择

• 参考阿里巴巴开发手册
• 不推荐以上三种创建方式，推荐使用自定义配置参数，根据实际开发需要创建合适的线程池。

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

maximumPoolSize最大线程数配置参考：

• CPU密集型：该任务需要在大量的运算，而没有阻塞，CPU一直全速运行。

  • 配置尽可能少的线程数量：（CPU核数+1）个线程的线程池

• IO密集型：该任务需要大量的IO，即大量的阻塞。

  • 配置尽可能多的线程数量：（CPU核数/1-阻塞系数）个线程的线程池

		//获取CPU核数
        System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

4.7 线程池底层原理总结

1. 创建线程池，等待请求
2. 当调用execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断：
   2.1 如果正在运行的线程数量小于corePoolSize ，那么马上创建线程运行这个任务。
   2.2 如果正在运行的线程数量大于等于corePoolSize ，那么将这个任务放入队列。
   2.3 如果队列满了，且正在运行的线程数量小于maximumPoolSize，那么继续创建非常驻线程从队列中取出任务运行。
   2.4 如果队列满了，且正在运行的线程数量大于等于maximumPoolSize，那么线程池会启动饱和拒绝策略。
3. 当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。
4. 当一个线程空闲且超过keepAliveTime 时，线程会做出如下判断：
   4.1 如果当前运行的线程数大于corePoolSize，那么这个线程就会被停掉。

所以线程池的所有任务完成后，最终会收缩到corePoolSize的大小。