ThreadPool优势及使用解析

1.  线程池的优点：

合理利用线程池能够带来三个好处。第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。但是要做到合理的利用线程池，必须对其原理了如指掌。

2.  线程池框架Executor：

java中的线程池是通过Executor框架实现的，ThreadPoolExecutor：线程池的具体实现类,一般用的各种线程池都是基于这个类实现的。构造方法如下:

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue workQueue,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), handler);
    }

参数介绍：

corePoolSize：线程池的核心线程数,线程池中运行的线程数永远不会超过 corePoolSize 个,默认情况下可以一直存活。

keepAliveTime: 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；所以如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大这个时间，提高线程的利用率。

maximumPoolSize：线程池允许的最大线程数。如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。

unit ：表示 keepAliveTime 的单位;可选的单位有天，小时，分钟，毫秒。微秒，纳秒等。

workQueue：表示存放任务的阻塞队列。

BlockingQueue:阻塞队列（BlockingQueue）是java.util.concurrent下的主要用来控制线程同步的工具。如果BlockQueue是空的,从BlockingQueue取东西的操作将会被阻断进入等待状态,直到BlockingQueue进了东西才会被唤醒。同样,如果BlockingQueue是满的,任何试图往里存东西的操作也会被阻断进入等待状态,直到BlockingQueue里有空间才会被唤醒继续操作。

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。具体的实现类有LinkedBlockingQueue,ArrayBlockingQueued等。ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO （先进先出） 排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。synchronousQueue：这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务

3.  线程池的线程程初始化

默认情况下，创建线程池之后，线程池中是没有线程的，需要提交任务之后才会创建线程。在实际中如果需要线程池创建之后立即创建线程，可以通过以下两个方法办到：

prestartCoreThread()：初始化一个核心线程；

prestartAllCoreThreads()：初始化所有核心线程

4.  worker类

在ThreadPoolExecutor主要Worker类来控制线程的复用。线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程Worker，Worker在执行完任务后，还会无限循环获取工作队列里的任务来执行。

5.  线程池的工作过程

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。当提交一个新任务到线程池时，线程池会做如下判断：

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；

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；

如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；

当有界队列被填满之后，饱和策略开始发挥作用。我们可以通过ThreadPoolExecutor的setRejectedExecutionHandler方法来选择不同的饱和策略。JDK主要提供了以下几种不同的饱和策略：

AbortPolicy（中止策略）：默认的饱和策略，会抛出未检查的RejectedExecutionException。我们可以捕获这个异常，并按需编写自己的处理代码。
DiscardPolicy（抛弃策略）：当任务队列已满，抛弃策略会抛弃该任务。
DiscardOldestPolicy（抛弃最旧策略）：会抛弃下一个将要执行的任务（入队最早的任务，可以理解为最旧的任务），然后尝试重新提交新任务。
CallerRunsPolicy（调用者运行策略）：该策略不会抛弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者。它不会在线程池中的某个线程中执行任务，而是在调用了execute的线程中执行该任务。因此当工作队列已满，并且线程池中线程数量已达maximumPoolSize时，下一个任务会在调用execute的主线程中执行。由于任务执行需要一定的时间，因此主线程在这段时间内不会调用accept，因此到达的请求将被保存在TCP层的队列中而不是应用程序的队列中。如果持续过载，那么TCP层的缓冲队列也将会被填满，因此同样会抛弃请求。但对于服务器来说，这种过载情况是逐渐向外蔓延开的 — 从线程池队列到应用程序再到TCP层，最终到达客户端，这是一种平缓的性能降低。

当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。

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。

6.  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。

7.  线程池容量的动态调整

ThreadPoolExecutor提供了动态调整线程池容量大小的方法：setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()，

setCorePoolSize：设置核心池大小

setMaximumPoolSize：设置线程池最大能创建的线程数目大小

当上述参数从小变大时，ThreadPoolExecutor进行线程赋值，还可能立即创建新的线程来执行任务。

8.  几种类型的线程池

1)  SingleThreadExecutor：单个后台线程 (其缓冲队列是LinkedBlockingQueue，无界的)

创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个核心线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

举例子：比如一个村里只有一口井，每次只能一个人打水，先来先打。

2)  FixedThreadPool：只有核心线程的线程池,大小固定(其缓冲队列是LinkedBlockingQueue，无界的) 。

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。

举例子：村里有3口井，大家排队打井水，可以无数人排队，井只有3口，每次最多只能有3个人打井水。没人打水时，3口井也在那里。由于线程不会回收，FixThreadPool会更快地响应外界请求，这也很容易理解，就好像有人突然想打井水，井不是现用现建的。

3)  CachedThreadPool：无界线程池，可以进行自动线程回收。（其缓冲队列是SynchronousQueue，一个是缓冲区为1的阻塞队列

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。

举个例子：CachedThreadPool就像是一堆人去一个很大的咖啡馆喝咖啡，里面服务员也很多，随时去，随时都可以喝到咖啡。但是为了响应国家的“光盘行动”，一个人喝剩下的咖啡会被保留60秒，供新来的客人使用，哈哈哈哈哈，好恶心啊。如果你运气好，没有剩下的咖啡，你会得到一杯新咖啡。但是以前客人剩下的咖啡超过60秒，就变质了，会被服务员回收掉。比较适合执行大量的耗时较少的任务。喝咖啡人挺多的，喝的时间也不长。

4)ScheduledThreadPool：核心线程池固定，大小无限的线程池。核心线程数固定，非核心线程（闲着没活干会被立即回收）数没有限制。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。