Java线程池深入理解

一.为什么要用线程池

1.减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。

2.可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大,最后死机)。Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

二.比较几个重要的类

ExecutorService : 真正的线程池接口。

ScheduledExecutorService :  能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。

ThreadPoolExecutor : ExecutorService的默认实现。

ScheduledThreadPoolExecutor : 继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。

1. 继承关系:

ThreadPoolExexutor继承了AbstractExecutorService

AbstractExecutorService实现了ExecutorService

ExecutorService继承了Executor

2. ThreadPoolExecutor、AbstractExecutorService、ExecutorService和Executor几个之间的关系:

Executor是一个顶层接口，在它里面只声明了一个方法execute(Runnable)，返回值为void，参数为Runnable类型，从字面意思可以理解，就是用来执行传进去的任务的；

然后ExecutorService接口继承了Executor接口，并声明了一些方法：submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等；

抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口，基本实现了ExecutorService中声明的所有方法；

然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。

3. ThreadPoolExecutor类中提供的四种构造方法:

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);

}

4. 各个参数的含义:

corePoolSize ：核心池的大小，这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，而是等待有任务到来才创建线程去执行任务，除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，

从这2个方法的名字就可以看出，是预创建线程的意思，即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中；

maximumPoolSize ：线程池最大线程数，这个参数也是一个非常重要的参数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程

keepAliveTime ：表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime才会起作用，直到线程池中的线程数不大于corePoolSize，即当线程池中的线程数大于corePoolSize时，

如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，keepAliveTime参数也会起作用，直到线程池中的线程数为0；

unit ：参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值，在TimeUnit类中有7种静态属性：

TimeUnit.DAYS;              //天

TimeUnit.HOURS;            //小时

TimeUnit.MINUTES;          //分钟

TimeUnit.SECONDS;          //秒

TimeUnit.MILLISECONDS;      //毫秒

TimeUnit.MICROSECONDS;      //微妙

TimeUnit.NANOSECONDS;      //纳秒

workQueue ：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，这个参数的选择也很重要，会对线程池的运行过程产生重大影响，一般来说，这里的阻塞队列有以下几种选择

ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，按FIFO排序任务；

LinkedBlockingQuene：基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序任务，吞吐量通常要高于

SynchronousQuene：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ArrayBlockingQuene；

PriorityBlockingQuene：具有优先级的无界阻塞队列；

threadFactory ：线程工厂，主要用来创建线程；

handler ：表示当拒绝处理任务时的策略，有以下四种取值：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。

ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。

ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）

ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

三.Java自带的四种线程池

newSingleThreadExecutor : 创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

newFixedThreadPool : 创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

newCachedThreadPool : 创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

newScheduledThreadPool : 创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求

四.线程池的组成部分

1.线程池管理器: 创建、销毁并管理线程池，将工作线程放入线程池中

2.工作线程: 一个可以循环执行任务的线程，在没有任务时将进行等待

3.任务列队: 提供一种缓冲机制，将没有处理的任务放在任务队列中

4.任务接口: 是每个任务必须实现的接口，主要用来规定任务的入口、任务执行完后的收尾工作、任务的执行状态等，工作线程通过该接口调度任务的执行

五.PoolSize

线程池中的核心线程数，当提交一个任务时，线程池创建一个新线程执行任务，直到当前线程数等于corePoolSize；如果当前线程数为corePoolSize，继续提交的任务被保存到阻塞队列中，等待被执行；

如果阻塞队列满了，那就创建新的线程执行当前任务；直到线程池中的线程数达到maxPoolSize,这时再有任务来，只能执行reject()处理该任务；

六.线程池的状态(5种)

1、RUNNING：-1 << COUNT_BITS，即高3位为111，该状态的线程池会接收新任务，并处理阻塞队列中的任务；

2、SHUTDOWN： 0 << COUNT_BITS，即高3位为000，该状态的线程池不会接收新任务，但会处理阻塞队列中的任务；

3、STOP ： 1 << COUNT_BITS，即高3位为001，该状态的线程不会接收新任务，也不会处理阻塞队列中的任务，而且会中断正在运行的任务；

4、TIDYING ： 2 << COUNT_BITS，即高3位为010，该状态表示线程池对线程进行整理优化；

5、TERMINATED： 3 << COUNT_BITS，即高3位为011，该状态表示线程池停止工作；

七.向线程池提交任务

execute()内部实现

1.首次通过workCountof()获知当前线程池中的线程数，

如果小于corePoolSize, 就通过addWorker()创建线程并执行该任务；

否则，将该任务放入阻塞队列；

2. 如果能成功将任务放入阻塞队列中,

如果当前线程池是非RUNNING状态，则将该任务从阻塞队��中移除，然后执行reject()处理该任务；

如果当前线程池处于RUNNING状态，则需要再次检查线程池（因为可能在上次检查后，有线程资源被释放），是否有空闲的线程；如果有则执行该任务；

3、如果不能将任务放入阻塞队列中,说明阻塞队列已满；那么将通过addWoker()尝试创建一个新的线程去执行这个任务；如果addWoker()执行失败，说明线程池中线程数达到maxPoolSize,则执行reject()处理任务；

sumbit()内部实现

会将提交的Callable任务会被封装成了一个FutureTask对象

FutureTask类实现了Runnable接口，这样就可以通过Executor.execute()提交FutureTask到线程池中等待被执行，最终执行的是FutureTask的run方法；

比较：

两个方法都可以向线程池提交任务，execute()方法的返回类型是void，它定义在Executor接口中, 而submit()方法可以返回持有计算结果的Future对象，它定义在ExecutorService接口中，它扩展了Executor接口，其它线程池类像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有这些方法。

总结executor() vs submit():

(1)execute()方法实际上是Executor中声明的方法，在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现，这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法，通过这个方法可以向线程池提交一个任务，交由线程池去执行。

(2)submit()方法是在ExecutorService中声明的方法，在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现，在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写，这个方法也是用来向线程池提交任务的，但是它和execute()方法不同，它能够返回任务执行的结果，去看submit()方法的实现，

会发现它实际上还是调用的execute()方法，只不过它利用了Future来获取任务执行结果。

八.线程池的关闭

ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，其中：

shutdown()：不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务

shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务

九.实现

import org.junit.Test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

import java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class TestExecutor {

@Test

public void testSingleThreadExecutorPool() {

ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();

Thread t1 = new MyThread();

Thread t2 = new MyThread();

Thread t3 = new MyThread();

Thread t4 = new MyThread();

Thread t5 = new MyThread();

pool.execute(t1);

pool.execute(t2);

pool.execute(t3);

pool.execute(t4);

pool.execute(t5);

pool.shutdown();

/*

pool-1-thread-1正在执行...

pool-1-thread-1正在执行...

pool-1-thread-1正在执行...

pool-1-thread-1正在执行...

pool-1-thread-1正在执行...

*/

}

@Test

public void testFixThreadExecutorPool() {

//创建一个可重用固定线程数的线程池

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

//创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口

Thread t1 = new MyThread();

Thread t2 = new MyThread();

Thread t3 = new MyThread();

Thread t4 = new MyThread();

Thread t5 = new MyThread();

//将线程放入池中进行执行

pool.execute(t1);

pool.execute(t2);

pool.execute(t3);

pool.execute(t4);

pool.execute(t5);

//关闭线程池

pool.shutdown();

/*

*pool-1-thread-1正在执行...

*pool-1-thread-2正在执行...

*pool-1-thread-1正在执行...

*pool-1-thread-2正在执行...

*pool-1-thread-1正在执行...

*/

}

@Test

public void testCachedThreadExecutorPool() {

//创建一个可重用固定线程数的线程池

ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();

//创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口

Thread t1 = new MyThread();

Thread t2 = new MyThread();

Thread t3 = new MyThread();

Thread t4 = new MyThread();

Thread t5 = new MyThread();

//将线程放入池中进行执行

pool.execute(t1);

pool.execute(t2);

pool.execute(t3);

pool.execute(t4);

pool.execute(t5);

//关闭线程池

pool.shutdown();

/*

pool-1-thread-1正在执行...

pool-1-thread-2正在执行...

pool-1-thread-1正在执行...

pool-1-thread-3正在执行...

pool-1-thread-1正在执行...

*/

}

@Test

public void testScheduledThreadPoolExecutor() {

ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);

exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段时间就触发异常

public void run() {

System.out.println("================");

}

}, 1000, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);

exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段时间打印系统时间，证明两者是互不影响的

public void run() {

System.out.println(System.nanoTime());

}

}, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);

}

/**

================

440697961331385

440699965178923

440701962726589

================

440703964380898

440705963957505

================

440707961439581

440709966042376

440711964335904

================

*/

}

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