Java并发编程：4种线程池和缓冲队列BlockingQueue

一. 线程池简介

1. 线程池的概念：

          线程池就是首先创建一些线程，它们的集合称为线程池。使用线程池可以很好地提高性能，线程池在系统启动时即创建大量空闲的线程，程序将一个任务传给线程池，线程池就会启动一条线程来执行这个任务，执行结束以后，该线程并不会死亡，而是再次返回线程池中成为空闲状态，等待执行下一个任务。

2. 线程池的工作机制

         2.1 在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接提交给某个线程，线程池在拿到任务后，就在内部寻找是否有空闲的线程，如果有，则将任务交给某个空闲的线程。

         2.1 一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务。

3. 使用线程池的原因：

        多线程运行时间，系统不断的启动和关闭新线程，成本非常高，会过渡消耗系统资源，以及过渡切换线程的危险，从而可能导致系统资源的崩溃。这时，线程池就是最好的选择了。

二. 四种常见的线程池详解

1. 线程池的返回值ExecutorService简介：

         ExecutorService是Java提供的用于管理线程池的类。该类的两个作用：控制线程数量和重用线程

2. 具体的4种常用的线程池实现如下：（返回值都是ExecutorService）

         2.1 Executors.newCacheThreadPool()：可缓存线程池，先查看池中有没有以前建立的线程，如果有，就直接使用。如果没有，就建一个新的线程加入池中，缓存型池子通常用于执行一些生存期很短的异步型任务

         示例代码：

package com.study.test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ThreadPoolExecutorTest {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个可缓存线程池
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            try {
                //sleep可明显看到使用的是线程池里面以前的线程，没有创建新的线程
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    //打印正在执行的缓存线程信息
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被执行");
                }
            });
        }
    }
}

输出结果：

pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行

线程池为无限大，当执行当前任务时上一个任务已经完成，会复用执行上一个任务的线程，而不用每次新建线程

       2.2  Executors.newFixedThreadPool(int n)：创建一个可重用固定个数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。

         示例代码：

package com.study.test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ThreadPoolExecutorTest {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个可重用固定个数的线程池
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        //打印正在执行的缓存线程信息
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被执行");
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
}

输出结果：

pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-2正在被执行
pool-1-thread-3正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-2正在被执行
pool-1-thread-3正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-2正在被执行
pool-1-thread-3正在被执行
pool-1-thread-1正在被执行

因为线程池大小为3，每个任务输出打印结果后sleep 2秒，所以每两秒打印3个结果。
定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

       2.3  Executors.newScheduledThreadPool(int n)：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：

package com.study.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) {
        //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
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        //延迟1秒执行
        scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("延迟1秒执行");
            }
        }, 1, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

输出结果：延迟1秒执行

             定期执行示例代码：

package com.study.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) {
        //创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行——定期执行
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        //延迟1秒后每3秒执行一次
        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("延迟1秒后每3秒执行一次");
            }
        }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

输出结果：

延迟1秒后每3秒执行一次
延迟1秒后每3秒执行一次
.............

        2.4  Executors.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： 

package com.study.test;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestThreadPoolExecutor {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个单线程化的线程池
        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
            singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        //结果依次输出，相当于顺序执行各个任务
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被执行,打印的值是:"+index);
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
}

输出结果：

pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:0
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:1
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:2
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:3
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:4
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:5
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:6
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:7
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:8
pool-1-thread-1正在被执行,打印的值是:9

三. 缓冲队列BlockingQueue和自定义线程池ThreadPoolExecutor

1. 缓冲队列BlockingQueue简介：

          BlockingQueue是双缓冲队列。BlockingQueue内部使用两条队列，允许两个线程同时向队列一个存储，一个取出操作。在保证并发安全的同时，提高了队列的存取效率。

2. 常用的几种BlockingQueue：

• ArrayBlockingQueue（int i）:规定大小的BlockingQueue，其构造必须指定大小。其所含的对象是FIFO顺序排序的。

• LinkedBlockingQueue（）或者（int i）:大小不固定的BlockingQueue，若其构造时指定大小，生成的BlockingQueue有大小限制，不指定大小，其大小有Integer.MAX_VALUE来决定。其所含的对象是FIFO顺序排序的。

• PriorityBlockingQueue（）或者（int i）:类似于LinkedBlockingQueue，但是其所含对象的排序不是FIFO，而是依据对象的自然顺序或者构造函数的Comparator决定。

• SynchronizedQueue（）:特殊的BlockingQueue，对其的操作必须是放和取交替完成。

3. 自定义线程池（ThreadPoolExecutor和BlockingQueue连用）：

     自定义线程池，可以用ThreadPoolExecutor类创建，它有多个构造方法来创建线程池。

    常见的构造函数：ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue)

     示例代码：

package com.study.test;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

class TempThread implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        // 打印正在执行的缓存线程信息
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在被执行");
        try {
            // sleep一秒保证3个任务在分别在3个线程上执行
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

public class TestThreadPoolExecutor {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建数组型缓冲等待队列
        BlockingQueue bq = new ArrayBlockingQueue(10);
        // ThreadPoolExecutor:创建自定义线程池，池中保存的线程数为3，允许最大的线程数为6
        ThreadPoolExecutor tpe = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 50, TimeUnit.MILLISECONDS, bq);

        // 创建3个任务
        Runnable t1 = new TempThread();
        Runnable t2 = new TempThread();
        Runnable t3 = new TempThread();
        // Runnable t4 = new TempThread();
        // Runnable t5 = new TempThread();
        // Runnable t6 = new TempThread();

        // 3个任务在分别在3个线程上执行
        tpe.execute(t1);
        tpe.execute(t2);
        tpe.execute(t3);
        // tpe.execute(t4);
        // tpe.execute(t5);
        // tpe.execute(t6);

        // 关闭自定义线程池
        tpe.shutdown();
    }
}

输出结果：

pool-1-thread-1正在被执行
pool-1-thread-2正在被执行
pool-1-thread-3正在被执行