探索JAVA并发 - 线程池详解

作者：acupt，80后资深Java工程师一枚！架构师社区合伙人！

线程池是并发编程中必不可少的一种工具，也是面试高频话题。

线程池，即管理着若干线程的资源池（字面意思）。相比于为每个任务分配一个线程，在线程池中执行任务优势更多：

1. 线程复用：线程池中的线程是可以复用的，省去了创建、销毁线程的开销，提高了资源利用率（创建、销毁等操作都是要消耗系统资源的）和响应速度（任务提交过来线程已存在就不用等待线程创建了）；
2. 合理利用资源：通过调整线程池大小，让所有处理器尽量保持忙碌，又能防止过多线程产生过多竞争浪费资源；

   
   

常用的线程池主要是ThreadPoolExecutor 和 ScheduledThreadPoolExecutor(定时任务线程池，继承ThreadPoolExecutor)。

Executor框架

在JAVA中，任务执行的主要抽象不是Thread，而是Executor。Executor基于生产者-消费者模式，提交任务的操作相当于生产者，执行任务的线程相当于消费者。

所谓Executor框架，其实就是定义了一个接口，我们常用的线程池ThreadPoolExecutor就是对这个接口的一种实现。

Executors与常用线程池

Executors其实就是Executor(加s)

Executors是一个Executor的工厂，有很多定义好的工厂方法，可以帮助懒惰的开发者快速创建一个线程池。下面是几个常用的工厂方法：

• newFixedThreadPool 固定长度线程池，每次提交任务都会创建一个新线程，直到线程数量达到指定阈值则不再创建新的；
• newCachedThreadPool 可缓存线程池，每次提交任务都会创建一个新线程（理论上无限制），部分任务执行完后如果没有新的任务，导致某些线程无用武之地，它们将被终结；
• newSingleThreadExecutor 只有一个线程的线程池；
• newScheduledThreadPool 可以延时或者定时执行任务的线程池。

如果查看上述工厂方法的源码，会发现只是new了一个线程池对象返回给调用者而已，没什么花里胡哨的东西。不过看看构造参数还真不少，通过这种方式比起我们自己new一个线程池要简单多了（才怪）。

线程池构造参数

了解线程池构造参数的意义，能让我们更清楚程序执行逻辑。

• int corePoolSize : 核心线程数，有新任务来时，如果当前线程小于核心线程，则新建一个线程来执行该任务
• int maximumPoolSize : 最大线程数，线程池最多拥有的线程数
• long keepAliveTime : 空闲线程存活时间
• TimeUnit unit : 空闲线程存活时间的单位
• BlockingQueue workQueue : 存放待执行任务的阻塞队列，新任务来时，若当前线程数>=最大核心线程数，则放到这个队列
• ThreadFactory threadFactory : 创建新线程的工厂，一般用来给线程取个名字方便排查问题
• RejectedExecutionHandler handler : 任务被拒绝后的处理器，默认的处理器会直接抛出异常，建议重新实现

配合源码，效果更佳：当对线程池的构造参数和任务处理逻辑有了以上大致的了解后，回想Executors提供的几个工厂方法，或许会感到所谓提供便利性的方法并不那么便利。因为从方法的名字上来看很难和线程池的配置准确关联，想要清除地知道这些方法创建的线程池如何运作，就需要知道他们用了怎样的构造参数，那为什么不直接使用构造方法呢？所以尽量使用构造方法是更好的编程习惯，这样不管是作者还是其他开发者，只要看看传了什么参数，就知道这个线程池是怎么运作的了。

线程池创建示例

有返回值的提交方式

submit

ThreadPoolExecutor.execute()方法是没有返回值的，也就是说把任务提交给线程池后，我们就失去了它的消息，除非你还保留着它的引用，并且在里面有维护状态。如果不想这么麻烦，可以使用ThreadPoolExecutor.submit()来提交任务，这个方法会返回一个Future对象，通过这个对象可以知道任务何时被执行完。可以看到Future.get()是有返回值的，但是上面的例子返回了null，因为任务是一个Runnable实现，run方法没有返回值。

submit Callable

如果想任务有返回值，可以使用Callable作为任务定义。

submit实现原理

为什么submit就可以让用户等待、获取任务返回？从源码讲起：小结：submit时用一个FutureTask把用户提交的Callable包装起来，再把FutureTask提交给线程池执行，FutureTask.run运行时会执行Callable中的业务代码，并且过程中FutureTask会维护一个状态标识，根据状态标识，可以知道任务是否执行完成，也可以阻塞到状态为完成获取返回值。

关闭线程池

为什么需要关闭线程池？

1. 如果线程池里的线程一直存活，而且这些线程又不是守护线程，那么会导致虚拟机无法正常退出；
2. 如果直接粗暴地结束应用，线程池中的任务可能没执行完，业务将处于未知状态；
3. 线程中有些该释放的资源没有被释放。

怎么关闭线程池？

1. shutdown 停止接收新任务（继续提交会被拒绝，执行拒绝策略），但已提交的任务会继续执行，全部完成后线程池彻底关闭；
2. shutdownNow 立即停止线程池，并尝试终止正在进行的线程（通过中断），返回没执行的任务集合；
3. awaitTermination 阻塞当前线程，直到全部任务执行完，或者等待超时，或者被中断。

由于shutdownNow的终止线程是通过中断，这个方式并不能保证线程会提前停止。（关于中断: 如何处理线程中断）一般先调用shutdown让线程池停止接客，然后调用awaitTermination等待正在工作的线程完事。

扩展线程池

线程池提供了一些扩展的方法，通过重写这些方法可以添加前置、后置操作，让使用更灵活。如beforeExecute、afterExecute、terminated …

总结

线程池很好用，但使用不当会造成严重的后果，了解它各个属性表示的含义以及执行的流程能帮助我们少踩坑。
举个例子：如果设置了核心线程 < 最大线程数不等（一般都这么设置），但是又设置了一个很大的阻塞队列，那么很可能只有几个核心线程在工作，普通线程一直没机会被创建，因为核心线程满了会优先放到队列里，而不是创建普通线程。

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