线程池概述

就线程池，我想讨论以下几个问题：

1. 为什么要使用线程池？
2. 线程池有什么作用？
3. 说说几种常见的线程池及使用场景。
4. 线程池都有哪几种工作队列？threadLocal是什么?
5. 怎么理解无界队列和有界队列？
6. 线程池中的几种重要的参数及流程说明。     

为什么要使用线程池？

线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务。线程池线程都是后台线程。每个线程都使用默认的堆栈大小，以默认的优先级运行，并处于多线程单元中。

线程池的组成部分：

1、线程池管理器（ThreadPoolManager）:用于创建并管理线程池

2、工作线程（WorkThread）: 线程池中线程

3、任务接口（Task）:每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行。

4、任务队列:用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。

在面向对象编程中，创建和销毁对象是很费时间的，因为创建一个对象要获取内存资源或者其它更多资源。在Java中更是如此，虚拟机将试图跟踪每一个对象，以便能够在对象销毁后进行垃圾回收。所以提高服务程序效率的一个手段就是尽可能减少创建和销毁对象的次数，特别是一些很耗资源的对象创建和销毁。如何利用已有对象来服务就是一个需要解决的关键问题，其实这就是一些"池化资源"技术产生的原因。比如大家所熟悉的数据库连接池正是遵循这一思想而产生的，本文将介绍的线程池技术同样符合这一思想。

 

线程池有什么作用？

线程的创建和销毁的开销是巨大的，而通过线程池的重用大大减少了这些不必要的开销，当然既然少了这么多消费内存的开销，其线程执行速度也是突飞猛进的提升。

1.减少在创建和销毁线程上所花的时间以及系统资源的开销 
2.如不使用线程池，有可能造成系统创建大量线程而导致消耗完系统内存以及”过度切换”。

 

常见的线程池及使用场景

 

//TestThreadPool.java
//package cn.simplelife.exercise;

import java.io.Serializable;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class TestThreadPool {

private static int produceTaskSleepTime = 2;
private static int consumeTaskSleepTime = 2000;
private static int produceTaskMaxNumber = 10;

public static void main(String[] args) {

//构造一个线程池
ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 3,
TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue(3),
new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());

for(int i=1;i<=produceTaskMaxNumber;i++){
try {
//产生一个任务，并将其加入到线程池
String task = "task@ " + i;
System.out.println("put " + task);
threadPool.execute(new ThreadPoolTask(task));

//便于观察，等待一段时间
Thread.sleep(produceTaskSleepTime);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

/**
* 线程池执行的任务
* @author hdpan
*/
public static class ThreadPoolTask implements Runnable,Serializable{
private static final long serialVersionUID = 0;
//保存任务所需要的数据
private Object threadPoolTaskData;

ThreadPoolTask(Object tasks){
this.threadPoolTaskData = tasks;
}
public void run(){
//处理一个任务，这里的处理方式太简单了，仅仅是一个打印语句
System.out.println("start .."+threadPoolTaskData);
try {
////便于观察，等待一段时间
Thread.sleep(consumeTaskSleepTime);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
threadPoolTaskData = null;
}
public Object getTask(){
return this.threadPoolTaskData;
}
}
}

说明：
1、在这段程序中，一个任务就是一个Runnable类型的对象，也就是一个ThreadPoolTask类型的对象。

2、一般来说任务除了处理方式外，还需要处理的数据，处理的数据通过构造方法传给任务。

3、在这段程序中，main()方法相当于一个残忍的领导，他派发出许多任务，丢给一个叫 threadPool的任劳任怨的小组来做。

这个小组里面队员至少有两个，如果他们两个忙不过来，任务就被放到任务列表里面。

如果积压的任务过多，多到任务列表都装不下(超过3个)的时候，就雇佣新的队员来帮忙。但是基于成本的考虑，不能雇佣太多的队员，至多只能雇佣 4个。

如果四个队员都在忙时，再有新的任务，这个小组就处理不了了，任务就会被通过一种策略来处理，我们的处理方式是不停的派发，直到接受这个任务为止(更残忍！呵呵)。

因为队员工作是需要成本的，如果工作很闲，闲到 3SECONDS都没有新的任务了，那么有的队员就会被解雇了，但是，为了小组的正常运转，即使工作再闲，小组的队员也不能少于两个。

4、通过调整 produceTaskSleepTime和 consumeTaskSleepTime的大小来实现对派发任务和处理任务的速度的控制，改变这两个值就可以观察不同速率下程序的工作情况。

5、通过调整4中所指的数据，再加上调整任务丢弃策略，换上其他三种策略，就可以看出不同策略下的不同处理方式。

 

线程池都有哪几种工作队列？threadLocal是什么?

答：有两种工作队列，无界队列和有界队列

ThreadLocal是解决多线程程序的并发问题的一种新的思路，它为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。ThreadLocal的作用是提供线程内的局部变量，这种变量在多线程环境下访问时能够保证各个线程里变量的独立性。

 

怎么理解无界队列和有界队列？

答:什么是有界队列？就是有固定大小的队列。比如设定了固定大小的 LinkedBlockingQueue(一个由链接节点支持的可选有界队列。)，又或者大小为 0，只是在生产者和消费者中做中转用的 SynchronousQueue(一个利用 BlockingQueue 接口的简单聚集（rendezvous）机制。)。当使用有限的 maximumPoolSizes时，有界队列（如 ArrayBlockingQueue:一个由数组支持的有界队列）有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。如果任务频繁阻塞（例如，如果它们是 I/O边界），则系统可能为超过您许可的更多线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小，CPU使用率较高，但是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量。

什么是无界队列？指的是没有设置固定大小的队列。这些队列的特点是可以直接入列,直到溢出。当然现实几乎不会有到这么大的容量（超过 Integer.MAX_VALUE），所以从使用者的体验上，就相当于 “无界”。使用无界队列将导致在所有corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程就不会超过 corePoolSize。（因此，maximumPoolSize的值也就无效了。）当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用无界队列；例如，在 Web页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求，当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性。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。(PriorityBlockingQueue ：一个由优先级堆支持的无界优先级队列。)

 

线程池中的几种重要的参数流程说明

 (1)参数

    1)corePoolSize:线程池的核心线程数。在没有设置 allowCoreThreadTimeOut 为 true 的情况下，核心线程会在线程池中一直存活，即使处于闲置状态。

    2)maximumPoolSize:线程池所能容纳的最大线程数。当活动线程(核心线程+非核心线程)达到这个数值后，后续任务将会根据 RejectedExecutionHandler 来进行拒绝策略处理。

    3)keepAliveTime:非核心线程闲置时的超时时长。超过该时长，非核心线程就会被回收。若线程池通过 allowCoreThreadTimeOut() 方法设置 allowCoreThreadTimeOut 属性为 true，则该时长同样会作用于核心线程，AsyncTask 配置的线程池就是这样设置的。

    4)unit:keepAliveTime 时长对应的单位。

    5)workQueue:线程池中的任务队列，通过线程池的 execute() 方法提交的 Runnable 对象会存储在该队列中。

    6)ThreadFactory:线程工厂，功能很简单，就是为线程池提供创建新线程的功能。这是一个接口，可以通过自定义，做一些自定义线程名的操作。

    7)RejectedExecutionHandler:当任务无法被执行时(超过线程最大容量 maximum 并且 workQueue 已经被排满了)的处理策略，这里有四种任务拒绝类型。

线程池任务执行流程：

    首先线程池判断“基本线程池”（corePoolSize）是否已满？没满，创建一个工作线程来执行任务。满了，则进入下个流程。
- 其次线程池判断工作队列（workQueue）是否已满？没满，则将新提交的任务存储在工作队列里。满了，则进入下个流程。
- 最后线程池判断整个线程池的线程数是否已超过maximumPoolSize？没满，则创建一个新的工作线程来执行任务，满了，则交给拒绝策略来处理这个任务。

即(提交任务—>如果线程数未达到corePoolSize，则创建线程执行任务—>如果达到corePoolSize，仍让提交了任务，则会有任务等待，所以将任务保存在任务队列中，直到任务队列workQueue已满—>如果workQueue已满，仍然有任务提交，但未达到最大线程数，则继续创建线程执行任务，直到线程数达到maximumPoolSize，如果达到了maximumPoolSize，则根据饱和策略拒绝该任务。这也就解释了为什么有了corePoolSize还有maximumPoolSize的原因。）