ThreadPoolExecutor线程池及线程扩展策略

一、概述 
1、ThreadPoolExecutor作为java.util.concurrent包对外提供基础实现，以内部线程池的形式对外提供管理任务执行，线程调度，线程池管理等等服务； 

2、Executors方法提供的线程服务，都是通过参数设置来实现不同的线程池机制。 

3、先来了解其线程池管理的机制，有助于正确使用，避免错误使用导致严重故障。同时可以根据自己的需求实现自己的线程池 

二、核心构造方法讲解 
下面是ThreadPoolExecutor最核心的构造方法 

Java代码  


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.corePoolSize = corePoolSize;  

        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;  

        this.workQueue = workQueue;  

        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);  

        this.threadFactory = threadFactory;  

        this.handler = handler;  

    }  

构造方法参数讲解 

参数名	作用
corePoolSize	核心线程池大小
maximumPoolSize	最大线程池大小
keepAliveTime	线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间；可以allowCoreThreadTimeOut(true)使得核心线程有效时间
TimeUnit	keepAliveTime时间单位
workQueue	阻塞任务队列
threadFactory	新建线程工厂
RejectedExecutionHandler	当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时，任务会交给RejectedExecutionHandler来处理

重点讲解： 
其中比较容易让人误解的是：corePoolSize，maximumPoolSize，workQueue之间关系。 

1.当线程池小于corePoolSize时，新提交任务将创建一个新线程执行任务，即使此时线程池中存在空闲线程。 

2.当线程池达到corePoolSize时，新提交任务将被放入workQueue中，等待线程池中任务调度执行 

3.当workQueue已满，且maximumPoolSize>corePoolSize时，新提交任务会创建新线程执行任务 

4.当提交任务数超过maximumPoolSize时，新提交任务由RejectedExecutionHandler处理 

5.当线程池中超过corePoolSize线程，空闲时间达到keepAliveTime时，关闭空闲线程 

6.当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭 

线程管理机制图示： 



三、Executors提供的线程池配置方案 

1、构造一个固定线程数目的线程池，配置的corePoolSize与maximumPoolSize大小相同，同时使用了一个无界LinkedBlockingQueue存放阻塞任务，因此多余的任务将存在再阻塞队列，不会由RejectedExecutionHandler处理 

Java代码  


public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {  

        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,  

                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,  

                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());  

    }  

2、构造一个缓冲功能的线程池，配置corePoolSize=0，maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE，keepAliveTime=60s,以及一个无容量的阻塞队列 SynchronousQueue，因此任务提交之后，将会创建新的线程执行；线程空闲超过60s将会销毁 

Java代码  


public static ExecutorService newCachedThreadPool() {  

        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,  

                                      60L, TimeUnit.SECONDS,  

                                      new SynchronousQueue<Runnable>());  

    }  

3、构造一个只支持一个线程的线程池，配置corePoolSize=maximumPoolSize=1，无界阻塞队列LinkedBlockingQueue；保证任务由一个线程串行执行 

Java代码  


public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {  

        return new FinalizableDelegatedExecutorService  

            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,  

                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,  

                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));  

    }  

4、构造有定时功能的线程池，配置corePoolSize，无界延迟阻塞队列DelayedWorkQueue；有意思的是：maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE，由于DelayedWorkQueue是无界队列，所以这个值是没有意义的 

Java代码  


public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {  

        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);  

    }  

  

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(  

            int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {  

        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);  

    }  

  

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,  

                             ThreadFactory threadFactory) {  

        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, TimeUnit.NANOSECONDS,  

              new DelayedWorkQueue(), threadFactory);  

    }  

四、定制属于自己的非阻塞线程池 

Java代码  


import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;  

import java.util.concurrent.ExecutorService;  

import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;  

import java.util.concurrent.ThreadFactory;  

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  

import java.util.concurrent.TimeUnit;  

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  

  

  

public class CustomThreadPoolExecutor {  

  

      

    private ThreadPoolExecutor pool = null;  

      

      

    /** 

     * 线程池初始化方法 

     *  

     * corePoolSize 核心线程池大小----10 

     * maximumPoolSize 最大线程池大小----30 

     * keepAliveTime 线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间----30+单位TimeUnit 

     * TimeUnit keepAliveTime时间单位----TimeUnit.MINUTES 

     * workQueue 阻塞队列----new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10)====10容量的阻塞队列 

     * threadFactory 新建线程工厂----new CustomThreadFactory()====定制的线程工厂 

     * rejectedExecutionHandler 当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时, 

     *                          即当提交第41个任务时(前面线程都没有执行完,此测试方法中用sleep(100)), 

     *                                任务会交给RejectedExecutionHandler来处理 

     */  

    public void init() {  

        pool = new ThreadPoolExecutor(  

                10,  

                30,  

                30,  

                TimeUnit.MINUTES,  

                new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10),  

                new CustomThreadFactory(),  

                new CustomRejectedExecutionHandler());  

    }  

  

      

    public void destory() {  

        if(pool != null) {  

            pool.shutdownNow();  

        }  

    }  

      

      

    public ExecutorService getCustomThreadPoolExecutor() {  

        return this.pool;  

    }  

      

    private class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {  

  

        private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);  

          

        @Override  

        public Thread newThread(Runnable r) {  

            Thread t = new Thread(r);  

            String threadName = CustomThreadPoolExecutor.class.getSimpleName() + count.addAndGet(1);  

            System.out.println(threadName);  

            t.setName(threadName);  

            return t;  

        }  

    }  

      

      

    private class CustomRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {  

  

        @Override  

        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {  

            // 记录异常  

            // 报警处理等  

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

        }  

    }  

      

      

      

    // 测试构造的线程池  

    public static void main(String[] args) {  

        CustomThreadPoolExecutor exec = new CustomThreadPoolExecutor();  

        // 1.初始化  

        exec.init();  

          

        ExecutorService pool = exec.getCustomThreadPoolExecutor();  

        for(int i=1; i<100; i++) {  

            System.out.println("提交第" + i + "个任务!");  

            pool.execute(new Runnable() {  

                @Override  

                public void run() {  

                    try {  

                        Thread.sleep(3000);  

                    } catch (InterruptedException e) {  

                        e.printStackTrace();  

                    }  

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

                }  

            });  

        }  

          

          

          

        // 2.销毁----此处不能销毁,因为任务没有提交执行完,如果销毁线程池,任务也就无法执行了  

        // exec.destory();  

          

        try {  

            Thread.sleep(10000);  

        } catch (InterruptedException e) {  

            e.printStackTrace();  

        }  

    }  

}  

方法中建立一个核心线程数为30个，缓冲队列有10个的线程池。每个线程任务，执行时会先睡眠3秒，保证提交10任务时，线程数目被占用完，再提交30任务时，阻塞队列被占用完，，这样提交第41个任务是，会交给CustomRejectedExecutionHandler 异常处理类来处理。 

提交任务的代码如下： 

Java代码  


public void execute(Runnable command) {  

        if (command == null)  

            throw new NullPointerException();  

        /* 

         * Proceed in 3 steps: 

         * 

         * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to 

         * start a new thread with the given command as its first 

         * task.  The call to addWorker atomically checks runState and 

         * workerCount, and so prevents false alarms that would add 

         * threads when it shouldn't, by returning false. 

         * 

         * 2. If a task can be successfully queued, then we still need 

         * to double-check whether we should have added a thread 

         * (because existing ones died since last checking) or that 

         * the pool shut down since entry into this method. So we 

         * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if 

         * stopped, or start a new thread if there are none. 

         * 

         * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new 

         * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated 

         * and so reject the task. 

         */  

        int c = ctl.get();  

        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {  

            if (addWorker(command, true))  

                return;  

            c = ctl.get();  

        }  

        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {  

            int recheck = ctl.get();  

            if (! isRunning(recheck) && remove(command))  

                reject(command);  

            else if (workerCountOf(recheck) == 0)  

                addWorker(null, false);  

        }  

        else if (!addWorker(command, false))  

            reject(command);  

    }  

注意：41以后提交的任务就不能正常处理了，因为，execute中提交到任务队列是用的offer方法，如上面代码，这个方法是非阻塞的，所以就会交给CustomRejectedExecutionHandler 来处理，所以对于大数据量的任务来说，这种线程池，如果不设置队列长度会OOM，设置队列长度，会有任务得不到处理，接下来我们构建一个阻塞的自定义线程池 

五、定制属于自己的阻塞线程池 

Java代码  


package com.tongbanjie.trade.test.commons;  

  

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;  

import java.util.concurrent.ExecutorService;  

import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;  

import java.util.concurrent.ThreadFactory;  

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  

import java.util.concurrent.TimeUnit;  

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;  

  

public class CustomThreadPoolExecutor {    

        

        

    private ThreadPoolExecutor pool = null;    

        

        

    /**  

     * 线程池初始化方法  

     *   

     * corePoolSize 核心线程池大小----1  

     * maximumPoolSize 最大线程池大小----3  

     * keepAliveTime 线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间----30+单位TimeUnit  

     * TimeUnit keepAliveTime时间单位----TimeUnit.MINUTES  

     * workQueue 阻塞队列----new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5)====5容量的阻塞队列  

     * threadFactory 新建线程工厂----new CustomThreadFactory()====定制的线程工厂  

     * rejectedExecutionHandler 当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时,  

     *                          即当提交第41个任务时(前面线程都没有执行完,此测试方法中用sleep(100)),  

     *                                任务会交给RejectedExecutionHandler来处理  

     */    

    public void init() {    

        pool = new ThreadPoolExecutor(    

                1,    

                3,    

                30,    

                TimeUnit.MINUTES,    

                new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5),    

                new CustomThreadFactory(),    

                new CustomRejectedExecutionHandler());    

    }    

    

        

    public void destory() {    

        if(pool != null) {    

            pool.shutdownNow();    

        }    

    }    

        

        

    public ExecutorService getCustomThreadPoolExecutor() {    

        return this.pool;    

    }    

        

    private class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {    

    

        private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);    

            

        @Override    

        public Thread newThread(Runnable r) {    

            Thread t = new Thread(r);    

            String threadName = CustomThreadPoolExecutor.class.getSimpleName() + count.addAndGet(1);    

            System.out.println(threadName);    

            t.setName(threadName);    

            return t;    

        }    

    }    

        

        

    private class CustomRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {    

    

        @Override    

        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {    

            try {  

                                // 核心改造点，由blockingqueue的offer改成put阻塞方法  

                executor.getQueue().put(r);  

            } catch (InterruptedException e) {  

                e.printStackTrace();  

            }  

        }    

    }    

        

        

        

    // 测试构造的线程池    

    public static void main(String[] args) {    

          

        CustomThreadPoolExecutor exec = new CustomThreadPoolExecutor();    

        // 1.初始化    

        exec.init();    

            

        ExecutorService pool = exec.getCustomThreadPoolExecutor();    

        for(int i=1; i<100; i++) {    

            System.out.println("提交第" + i + "个任务!");    

            pool.execute(new Runnable() {    

                @Override    

                public void run() {    

                    try {    

                        System.out.println(">>>task is running=====");   

                        TimeUnit.SECONDS.sleep(10);  

                    } catch (InterruptedException e) {    

                        e.printStackTrace();    

                    }    

                }    

            });    

        }    

            

            

        // 2.销毁----此处不能销毁,因为任务没有提交执行完,如果销毁线程池,任务也就无法执行了    

        // exec.destory();    

            

        try {    

            Thread.sleep(10000);    

        } catch (InterruptedException e) {    

            e.printStackTrace();    

        }    

    }    

}    

解释：当提交任务被拒绝时，进入拒绝机制，我们实现拒绝方法，把任务重新用阻塞提交方法put提交，实现阻塞提交任务功能，防止队列过大，OOM，提交被拒绝方法在下面 

   

Java代码  


public void execute(Runnable command) {  

        if (command == null)  

            throw new NullPointerException();  

  

        int c = ctl.get();  

        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {  

            if (addWorker(command, true))  

                return;  

            c = ctl.get();  

        }  

        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {  

            int recheck = ctl.get();  

            if (! isRunning(recheck) && remove(command))  

                reject(command);  

            else if (workerCountOf(recheck) == 0)  

                addWorker(null, false);  

        }  

        else if (!addWorker(command, false))  

            // 进入拒绝机制， 我们把runnable任务拿出来，重新用阻塞操作put，来实现提交阻塞功能  

            reject(command);  

    }  

总结： 
1、用ThreadPoolExecutor自定义线程池，看线程是的用途，如果任务量不大，可以用无界队列，如果任务量非常大，要用有界队列，防止OOM 

2、如果任务量很大，还要求每个任务都处理成功，要对提交的任务进行阻塞提交，重写拒绝机制，改为阻塞提交。保证不抛弃一个任务 

3、最大线程数一般设为2N+1最好，N是CPU核数 

4、核心线程数，看应用，如果是任务，一天跑一次，设置为0，合适，因为跑完就停掉了，如果是常用线程池，看任务量，是保留一个核心还是几个核心线程数 

5、如果要获取任务执行结果，用CompletionService，但是注意，获取任务的结果的要重新开一个线程获取，如果在主线程获取，就要等任务都提交后才获取，就会阻塞大量任务结果，队列过大OOM，所以最好异步开个线程获取结果。