java线程池原理讲解及常用创建方式

（一）什么是线程池

其实线程池的概念和数据库链接池的概念类似。线程池的作用就是为了避免系统频繁地创建和销毁线程。在线程池中，

总有几个活跃的线程，当你需要使用线程是，可以从池子中随便拿一个空闲线程，当完成工作是，并不是关闭线程，而是

将这个线程退回到池子，方便其他人使用。

（二）JDK对于线程池常用类的讲解

首先我们先看一下线程池的类图关系，只有理解了这些类的关系后，后面的理解就容易多了：



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，

该方法用于接收执行用户提交任务。　　

ExecutorService 接口继承了Executor接口，定义了线程池终止和创建及提交 futureTask 任务支持的方法。

并声明了一些方法：submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等。

AbstractExecutorService 是抽象类，它实现了ExecutorService接口及其中的的所有方法。主要实现了 ExecutorService

 和 futureTask 相关的一些任务创建和提交的方法。

ThreadPoolExecutor 继承了类AbstractExecutorService，它是最核心的一个类，它的实例对象其实就代表了一个线程池，

是线程池的内部实现。线程池的功能都在这里实现了，平时用的最多的基本就是这个。其源码很精练，远没当时想象的多。

ScheduledThreadPoolExecutor 在 ThreadPoolExecutor 的基础上提供了支持定时调度的功能。线程任务可以在一定延时

后才被触发执行。

最后我们充电说一下上面UML图中的Executors类，其实这个类扮演着线程池工厂的角色，它里面提供了几种构造不同线程池

的方法：

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
public static ExecutorService newCachedThreadPool()
public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor()
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

（三）构造线程池的常用的几种方式

newFixedThreadPool()方法
创建语句是：ExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(10)，该方式返回一个固定线程数量的线程池，
这里为10。该线程池中的的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时，线程池中若有空闲线程，则立即执行。若没有
，则新的任务会被暂时存放在一个队伍队列中，待有线程空闲时，便处理在任务队列的任务

newSingleThreadExecutor方法
创建语句是：ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor()，该方式返回一个只有一个线程的线程池。
若多于的任务被提交到该线程池，任务就会被保存在一个任务队列中，待线程空闲，按先入先出的顺序执行队列中的任务。

newCachedThreadPool()方法
创建语句是：ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool()，该方式返回一个可根据实际情况调整线程
数量的线程池，线程池的线程数量不确定，但若有空闲线程可以复用，则会优先使用可复用的线程。若所有线程均在工作，
又有新的任务提交，则会创建新的线程处理任务。所有线程在当前任务执行完毕后，将返回线程池中进行复用。

newSingleThreadScheduledExecutor()方法

创建语句：ScheduledExecutorService pool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor()，该方法返回一个
ScheduledExecutorService对象，线程池大小为1。ScheduledExecutorService接口在ExecutorService 接口之上扩展了在
给定时间执行某任务的功能，如在某个固定的延时之后执行，或者周期性执行某个任务

newScheduledThreadPool()方法
创建语句：ScheduledExecutorService pool = Executors.newScheduledThreadPool(10)，该方法也返回一个

ScheduledExecutorService对象，但是可以给该线程池指定线程数量，这里指定为10。

下面举一个实例来看看具体的使用个，这里以newFixedThreadPool()为例：

public class ThreadPoolDemo {

public static class MyTask implements Runnable{

@Override
public void run() {

System.out.println(System.currentTimeMillis()+":Thread ID:
4000
"
+Thread.currentThread().getId());
try{
Thread.sleep(1000);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}

}
public static void main(String[] args) {
MyTask task = new MyTask();
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(5);
for(int i = 0;i<10;i++){
es.execute(task);
}
}
}

上述代码中，我们创建了固定大小的线程池，内有5个线程。然后我们依次向线程池提交了10个任务。此后，线程池就会
安排调度这10个任务。每个任务都会讲自己的执行时间和执行这个线程的ID打印出来，并且在这里，安排每个任务执行1秒钟。
得到的结果如下：

1504283763066:Thread ID:10
1504283763066:Thread ID:9
1504283763066:Thread ID:12
1504283763067:Thread ID:13
1504283763067:Thread ID:11
1504283764066:Thread ID:9
1504283764066:Thread ID:10
1504283764066:Thread ID:12
1504283764067:Thread ID:11
1504283764067:Thread ID:13

（四）线程池的内部实现

首先我们先看newFixedThreadPool()和newCachedThreadPool()的内部实现，之所以选它们，因为它们具有代表性。

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

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

由以上线程池的实现代码可以看到，它们都只是ThreadPoolExecutor类的封装。接下来看看ThreadPoolExecutor最重要的构造函数：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue)

函数的参数含义如下：

corePoolSize：指定了线程池中的线程数量
maximumPoolSize：制定了线程池中的最大线程数量。
keepAliveTime：当前线程池数量超过corePoolSize时，多余的空闲线程的存活时间。
unit：keepAliveTime的单位
workQueue：任务队列，被提交但尚未被执行的任务。
threadFactory：线程工厂，用于创建线程，一般用默认的即可，也可以自己实现。
handler：拒绝策略。当任务太多来不及处理，如果拒绝任务。
（1）workQueue参数
参数workQueue指被提交但未执行的任务队列，它是一个BlockingQueue接口的对象，仅用来存放Runnable对象。
接下来介绍几个主要的任务队列，它们都是实现了BlockingQueue

（a）直接提交的队列：该功能有SynchronousQueue对象提供。SynchronousQueue是一个特殊的BlockingQueue。

SynchronousQueue没哟容量，每一个插入操作都要等待一个相应的删除操作，反之，也是一样。如果我们使用
SynchronousQueue，提交的任务不会保存在SynchronousQueue中（这里SynchronousQueue的内部实现大家可以查阅
一下资料，这里不详细说了），而总是将新任务提交给线程执行，如果没有空闲的进程，则尝试创建新的进程，如果进程
数量已经达到最大值，执行拒绝策略。因此，使用SynchronousQueue队列，通常设置很大的maximumPoolSize值，
否则很容易执行拒绝策略。

（b）有界的任务队列：有界的任务队列可以使用ArrayBlockingQueue实现。因为它是基于数组实现的，这样我们
初始化一个固定容量即可。当时用有界的任务队列时。若有新的任务需要执行，如果线程池的实际线程数小于corePoolSize，
则会优先创建新的线程，若大于corePoolSize，则会将新任务加入等待队列。若等待队列已满，无法加入，则在总线程数
不大于maximumPoolSize的前提下，创建新的进程执行任务。若大于maximumPoolSize，则执行拒绝策略。

（c）无界任务队列：无界任务队列可以通过LinkedBlockingQueue类实现。与有界队列相比，除非系统资源耗尽，
否则无界的任务队列不存在任务入队失败的情况。当新任务到来，系统的线程数小于corePoolSize时，线程池会生成新的
线程执行任务，但当系统的线程数达到corePoolSize后，就不会继续增加。若后续仍有新的任务加入，而没有空闲的线程资源，
则任务直接进入队列等待。

说完workQueue参数再来看看newFixedThreadPool()和newCachedThreadPool()两个方法的内部实现，第一个方法
返回一个corePoolSize和maximumPoolSize大小一样的，并且使用了LinkedBlockingQueue任务队列的线程池。第二个方法
返回corePoolSize为0，maximumPoolSize无穷大的线程池，该线程池内无线程，而当任务被提交时，该线程池会使用空闲
的线程执行任务，若无空闲线程，则将任务加入SynchronousQueue队列，而SynchronousQueue队列是一种直接提交的队列，
它总会迫使线程池增加新的线程执行任务。对于newCachedThreadPool()，如果同时有大量任务被提交，而任务的执行又不
那么快，那么系统便会开启大量的线程处理，这样做很快会耗尽系统资源。

ThreadPoolExecutor线程池的核心调度代码：

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))
reject(command);
}

当我们使用线程池执行任务时，即使用execute()方法调用任务时，ThreadPoolExecutor的调度源代码如上面所示，
代码第5行的workerCountOf()函数取得当前线程的线程总数。当线程总数小于corePoolSize核心线程数是，会将
任务通过addWorker()方法直接调度执行。否则，则在第10行代码workQueue.offer()进入等列。如果进入等待失败，
则会执行第17行，将任务直接提交给线程池。如果当前线程数已经达到maximumPoolSize，则提交失败，执行
最后一行代码。
逻辑图如下：



（2）handler参数
ThreadPoolExecutor的这个参数制定了拒绝策略。也就是当任务数量超过系统实际承载能力时，
ThreadPoolExecutor需要执行的拒绝策略。JDK默认有自己的默认拒绝策略。
接下来我们实现RejectedExecutionHandler自定义一个自己的拒绝策略：

public class ThreadPoolDemo {

public static class MyTask implements Runnable{

@Override
public void run() {

System.out.println(System.currentTimeMillis()+":Thread ID:"
+Thread.currentThread().getId());
try{
Thread.sleep(100);
}catch(InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
}

}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyTask task = new MyTask();
ExecutorService es = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingDeque<Runnable>(10),
new RejectedExecutionHandler() {

@Override
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor)
{	System.out.println(r.toString()+"is discard");
}
});
for(int i =0;i<Integer.MAX_VALUE;i++){
es.execute(task);
Thread.sleep(10);
}
}
}

上面代码定义了corePoolSize和maximumPoolSize都是5的线程池。如果理解线程池的执行原理的话，这段代码
肯定会执行拒绝策略，上面代码使用了自定义线程池，使用的是自定义的拒绝策略，所以拒绝策略会按照我们
自己实现的rejectedExecution()方法执行。下面我截取了部分结果：

1504289276848:Thread ID:9
1504289276858:Thread ID:10
demo.ThreadPoolDemo$MyTask@28d76d1eis discard
demo.ThreadPoolDemo$MyTask@28d76d1eis discard
1504289276889:Thread ID:11
1504289276892:Thread ID:13