Java 线程池

何时需要线程池

创建和销毁线程的时间很长

线程池一般在程序执行开始和结束阶段负责线程初始化和销毁，节约时间

请求数目非常多

如每个请求都需要一个线程

线程池统一缓冲，不至于并发太多

ThreadPoolExecutor构造函数参数

构造器中各个参数含义：

corePoolSize

核心池的大小。

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。

keepAliveTime和maximumPoolSize及BlockingQueue的类型均有关系。

如果BlockingQueue是无界的，那么永远不会触发maximumPoolSize，自然keepAliveTime也就没有了意义。

反之，如果核心数较小，有界BlockingQueue数值又较小，同时keepAliveTime又设的很小，如果任务频繁，那么系统就会频繁的申请回收线程。

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，一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous

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

线程池运行流程

1、线程池刚创建时，里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过，就算队列里面有任务，线程池也不会马上执行它们。

2、当调用 execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：

a. 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；

b. 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列。

c. 如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么还是要创建线程运行这个任务；

d. 如果队列满了，而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常，告诉调用者“我不能再接受任务了”。

4、当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。

这个过程说明，并不是先加入任务就一定会先执行。假设队列大小为 4，corePoolSize为2，maximumPoolSize为6，那么当加入15个任务时，执行的顺序类似这样：首先执行任务 1、2，然后任务3~6被放入队列。

这时候队列满了，任务7、8、9、10 会被马上执行，而任务 11~15 则会抛出异常。最终顺序是：1、2、7、8、9、10、3、4、5、6。当然这个过程是针对指定大小的

ArrayBlockingQueue<Runnable>

来说，如果是

LinkedBlockingQueue<Runnable>

，因为该队列无大小限制，所以不存在上述问题。

只有ArrayBlockingQueue才有上面这个情况：

public class ThreadPoolTest implements Runnable {
private int ino;

ThreadPoolTest (int i) {
ino = i;
}

public void run() {
synchronized (this) {
try {
//                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
System.out.println("task no: " + ino);
Thread.sleep(5000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/*
* 并不是先加入任务就一定会先执行。
* 假设队列大小为 4，corePoolSize为2，maximumPoolSize为6.
* 那么当加入15个任务时，执行的顺序类似这样：
* 首先执行任务 1、2，
* 然后任务3~6被放入队列。
* 这时候队列满了，任务7、8、9、10 会被马上执行，而任务 11~15 则会抛出异常。
* 最终顺序是：1、2、7、8、9、10、3、4、5、6。
* 当然这个过程是针对指定大小的ArrayBlockingQueue<Runnable>来说，
* 如果是LinkedBlockingQueue<Runnable>，因为该队列无大小限制，所以不存在上述问题。
*/
public static void main(String[] args) {
BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5);
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);
for (int i = 0; i < 15; i++) {
executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(i), "TestThread".concat("" + i)));
int threadSize = queue.size();
System.out.println("线程队列大小为-->" + threadSize);
}
//        executor.shutdown();
}
}

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Thread[TestThread11,5,main] rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@2c7b84de[Running, pool size = 6, active threads = 6, queued tasks = 5, completed tasks = 0]

很明显，抛RejectedExecutionException异常了，被拒绝策略拒绝了，这就说明线程超出了线程池的总容量（线程队列大小+最大线程数）。

但是在BlockQueue满时可以通过put函数重试添加进队列：

public static void main(String[] args) {
BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5);
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);
for (int i = 0; i < 15; i++) {
executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(i), "TestThread".concat("" + i)));
int threadSize = queue.size();
System.out.println("线程队列大小为-->" + threadSize);
try {
//线程满时，通过put依然可以将新线程添加进队列
if (threadSize==4) {
queue.put(new Runnable() {
@Override
public void run(){
System.out.println("我是新线程，看看能不能搭个车加进去！");
}
});
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

}
//        executor.shutdown();
}

效果：

task no: 2
task no: 3
task no: 4
task no: 5
我是新线程，看看能不能搭个车加进去！

线程池的排除策略

A. 如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选添加新的线程，而不进行排队。

B. 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。

C. 如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。

线程池的拒绝策略

RejectedExecutionHandler

即使向老板借了工人，但是任务还是继续过来，还是忙不过来，这时整个队伍只好拒绝接受了。

RejectedExecutionHandler接口提供了对于拒绝任务的处理的自定方法的机会。

在ThreadPoolExecutor中已经默认包含了4中策略，因为源码非常简单，这里直接贴出来。

CallerRunsPolicy：线程调用运行该任务的 execute 本身。此策略提供简单的反馈控制机制，能够减缓新任务的提交速度。

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
if (!e.isShutdown()) {
r.run();
}
}

这个策略显然不想放弃执行任务。但是由于池中已经没有任何资源了，那么就直接使用调用该execute的线程本身来执行。

AbortPolicy：处理程序遭到拒绝将抛出运行时RejectedExecutionException

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
throw new RejectedExecutionException();
}

这种策略直接抛出异常，丢弃任务。

DiscardPolicy：不能执行的任务将被删除

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {}
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {}

这种策略和AbortPolicy几乎一样，也是丢弃任务，只不过他不抛出异常。

DiscardOldestPolicy：如果执行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的任务将被删除，然后重试执行程序（如果再次失败，则重复此过程）

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
if (!e.isShutdown()) {
e.getQueue().poll();
e.execute(r);
}
}

该策略就稍微复杂一些，在pool没有关闭的前提下首先丢掉缓存在队列中的最早的任务，然后重新尝试运行该任务。这个策略需要适当小心。

设想：如果其他线程都还在运行，那么新来任务踢掉旧任务，缓存在queue中，再来一个任务又会踢掉queue中最老任务。

ThreadPoolExecutor的方法

Executor

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，用来执行传进去的任务的；

ExecutorService

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

AbstractExecutorService

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

ThreadPoolExecutor

继承了类AbstractExecutorService。

在ThreadPoolExecutor类中有几个非常重要的方法：

execute()
submit()
shutdown()
shutdownNow()

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。

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。

shutdown()和shutdownNow()是用来关闭线程池的

线程池工具类

利用Executors创建线程池：

newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。

newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。

newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

newCachedThreadPool

创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。示例代码如下：

package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
try {
Thread.sleep(index * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println(index);
}
});
}
}
}

线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

newFixedThreadPool

创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。示例代码如下：

package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
System.out.println(index);
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
}

因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字。

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如

Runtime.getRuntime().availableProcessors()

newScheduledThreadPool

创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下：

package test;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("delay 3 seconds");
}
}, 3, TimeUnit.SECONDS);
}
}

表示延迟3秒执行。

定期执行示例代码如下：

package test;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
}
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
}
}

表示延迟1秒后每3秒执行一次。

newSingleThreadExecutor

创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下：

package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
System.out.println(index);
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
}

结果依次输出，相当于顺序执行各个任务。

可以使用JDK自带的监控工具来监控我们创建的线程数量，运行一个不终止的线程，创建指定量的线程，来观察：

package test;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
final int index = i;
singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
while (true) {
System.out.println(index);
Thread.sleep(10 * 1000);
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

总结

1）首先，要清楚corePoolSize和maximumPoolSize的含义；

2）其次，要知道Worker是用来起到什么作用的；

3）要知道任务提交给线程池之后的处理策略，这里总结一下主要有4点：

如果当前线程池中的线程数目小于corePoolSize，则每来一个任务，就会创建一个线程去执行这个任务；

如果当前线程池中的线程数目>=corePoolSize，则每来一个任务，会尝试将其添加到任务缓存队列当中，若添加成功，则该任务会等待空闲线程将其取出去执行；若添加失败（一般来说是任务缓存队列已满），则会尝试创建新的线程去执行这个任务；

如果当前线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，则会采取任务拒绝策略进行处理；

如果线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止，直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize；如果允许为核心池中的线程设置存活时间，那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime，线程也会被终止。

参考链接

JAVA线程池ThreadPoolExecutor与阻塞队列BlockingQueue

Java8并发教程：Threads和Executors

Java线程池使用说明

Java并发编程：线程池的使用