多线程——线程池

          Java中几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。在开发过程中，合理地使用线程池能够带来3个好处。

          第一：降低资源消耗。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。

          第二：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。

          第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。

 

线程池的实现原理

          当提交一个新任务到线程池时，线程池的处理流程如下：

          

          线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务，则判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则判断线程池是否都处于工作状态，如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

线程池的使用

1、线程池的创建

          我们可以通过ThreadPoolEecutor来创建一个线程池。在ThreadPoolExecutor类中提供了四个构造方法：

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
	    .....
	    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
	            BlockingQueue<Runnable> workQueue);
	 
	    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
	            BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory);
	 
	    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
	            BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler);
	 
	    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
	        BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);
	    ...
}

参数说明：

          （1）corePoolSize（线程池的基本线程数）：the number of threads to keep in the pool, even if they are idle,unless allowCoreThreadTimeOut isset.当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。

          （2）ThreadFactory：用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。

          （3）runableTaskQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。 可以选择以下几个阻塞队列。 
ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。 
LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。 
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。 
PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。

          （4）maximumPoolSize（线程池最大线程数）：线程池允许创建的最大线程数。如果任务队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。

          （5）RejectedExecutionHandler（饱和策略）：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。以下是JDK1.5提供的四种策略。 
AbortPolicy：直接抛出异常。 
CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。 
DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。 
DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。 
当然也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化不能处理的任务。

          （6）keepAliveTime（线程活动保持时间）：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。所以如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大这个时间，提高线程的利用率。

          （7）TimeUnit（线程活动保持时间的单位）：可选的单位有天（DAYS），小时（HOURS），分钟（MINUTES），毫秒(MILLISECONDS)，微秒(MICROSECONDS,千分之一毫秒)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。

 

2、向线程池提交任务

          有两种方式提交任务： 

1.使用voidexecute(Runnable command)方法提交任务，execute方法返回类型为void，所以没有办法判断任务是否被线程池执行成功。

Runnable task = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Task is running by " + Thread.currentThread().getName());
        System.out.println("线程池正在执行的线程数：" + threadPoolExecutor.getActiveCount());
    }
};
threadPool.execute(task);

2.使用submit方法提交任务

          Future<?>submit(Runnable task);、<T> Future<T> submit(Runnable task, Tresult);和Future<T> submit(Callable<T> task);会返回一个Future，可以通过这个future来判断任务是否执行成功，通过future的get方法来获取返回值，get方法会阻塞直到任务完成，而使用get(longtimeout, TimeUnit unit)方法则会阻塞一段时间后立即返回，这时有可能任务没有执行完。

Future<?> future = threadPool.submit(task);
try {
    Object result = future.get();
    System.out.println("任务是否完成：" + future.isDone());
    System.out.println("返回的结果为：" + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
} finally {
    // 关闭线程池
    threadPool.shutdown();
}

3、线程池关闭

          shutdown()方法：这个方法会平滑地关闭ExecutorService，当我们调用这个方法时，ExecutorService停止接受任何新的任务且等待已经提交的任务执行完成(已经提交的任务会分两类：一类是已经在执行的，另一类是还没有开始执行的)，当所有已经提交的任务执行完毕后将会关闭ExecutorService。

          awaitTermination(longtimeout, TimeUnitunit)方法：这个方法有两个参数，一个是timeout即超时时间，另一个是unit即时间单位。这个方法会使当前关闭线程池的线程等待timeout时长，当超过timeout时间后，则去监测ExecutorService是否已经关闭，若关闭则返回true，否则返回false。一般情况下会和shutdown方法组合使用。

          shutdownNow()方法：这个方法会强制关闭ExecutorService，它将取消所有运行中的任务和在工作队列中等待的任务，这个方法返回一个List列表，列表中返回的是等待在工作队列中的任务。

// 4. 关闭线程池
threadPool.shutdown();
// hreadPool.shutdownNow();
System.out.println("线程池是否关闭：" + threadPool.isShutdown());
try {
    //当前线程阻塞10ms后，去检测线程池是否终止，终止则返回true
    while(!threadPool.awaitTermination(10, TimeUnit.MILLISECONDS)) {
        System.out.println("检测线程池是否终止：" + threadPool.isTerminated());
    }
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
}
System.out.println("线程池是否终止：" + threadPool.isTerminated());

4 线程池的监控

通过线程池提供的参数进行监控： 

          - taskCount：线程池需要执行的任务数量。 

          - completedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量。小于或等于taskCount。 

          - largestPoolSize：线程池曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否满过。如等于线程池的最大大小，则表示线程池曾经满了。 

          - getPoolSize:线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话，池里的线程不会自动销毁，所以这个大小只增不减 

          - getActiveCount：获取活动的线程数。

通过继承线程池并重写线程池的beforeExecute，afterExecute和terminated方法，可以在任务执行前，执行后和线程池关闭前干一些事情。如监控任务的平均执行时间，最大执行时间和最小执行时间等。这几个方法在线程池里是空方法。

 

合理配置线程池

          性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理。CPU密集型任务应配置尽可能小的线程，如配置Ncpu+1个线程的线程池。由于IO密集型任务线程并不是一直在执行任务，则应配置尽可能多的线程，如2*Ncpu。混合型任务如果可以拆发呢，将其拆分成一个cpu密集型任务和一个IO密集型任务，只要这两个任务执行的时间相差太大，则没必要进行分解。可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的cpu的个数

          建议使用有界队列。有界队列能增加系统的稳定性和预警能力，可以根据需要设大一点，如几千。