线程池的使用场景以及java中ThreadPoolExecutor类的讲解

目录

为什么要使用线程池？

Java中的线程池

 workQueue参数分析

handler参数分析

execute方法与submit方法

合理的选择线程池大小

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为什么要使用线程池？

对于java初学者来说，首先接触到的创建线程的方法就是new Thread，或者实现Runnable接口，重写run方法来实现多线程。虽然简单，但是一句话：谁来帮你管理线程？？？

若不使用线程池：

1、线程的创建销毁都要自己来完成

2、没有统一的管理，若每次请求都开启多个线程，无限制的请求袭来，可能造成资源耗尽

3、不够灵活

线程池的出现能让你双手游离于多线程之外专注于其他代码，帮你管理线程。所以如果是一个大型系统，建议不论何种场景，都直接使用线程池。

举个例子：你的面前有三台电脑，你可能同时用三台，也可能同时用两台或者一台。但是分配给你的电脑每次都是随机的。假设三台电脑编号123，第一次：【你要用1台分配到1号，然后开机->使用->关机】，第二次：【你要用1台分配到2号，然后开机->使用->关机】，以此类推。假设你的使用时间是10秒，而开机关机是20秒，然后这个过程要重复100次，每次都随机分配。那么无疑开机和关机的过程浪费的大量的时间和资源。

每次使用一个线程，都要经历三个步骤：创建线程->使用线程->销毁线程，类似上述使用场景，频繁的使用线程，频繁的开启和关闭，频繁的浪费时间和资源，额...........如果这时候你面前的三台电脑虽然每次都随机分配，但是却从不关机，坐那就能用，就好了，yes！线程池就是完成了这样的操作！包括：数据库连接池也是同样的道理。线程池中每次创建的线程，如果执行完毕，不会立即进行销毁，而是处于等待状态，下一个任务来了以后无需开启直接使用，方便快捷！！！【线程池可以使已经开启的线程长期处于激活状态，节省创建和销毁线程的时间，实现线程复用！】

 

Java中的线程池

java中，Executor是java.util.concurrent包下的一个线程池的鼻祖接口，只有一个抽象方法execute；ExecutorService仍然是一个接口，extends Executor，新增了一些接口例如submit；AbstractExecutorService是一个抽象类，implements ExecutorService；ThreadPoolExecutor是我们最常使用的线程池类，extends AbstractExecutorService；

Executors类提供了四中创建线程池的方法，源码如下，如果还不能满足你，那你只能自定义线程池了。

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

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

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }

package java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor 
extends ThreadPoolExecutor implements ScheduledExecutorService----->>>>

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue()));
    }

newFixedThreadPool：创建一个固定大小的线程池，提交一个任务就在线程池中创建一个线程，直到线程数量达到线程池最大限制。线程池一旦到最大就不会再改变，除非有已经开启的线程出现异常，再提交任务时会继续新建线程。这个创建线程池的方法是在实际项目中比较常用的，由于corePoolSize和maximumPoolSize两个参数是相同大小，所以到了线程池最大容量后，如果有任务完成让出占用线程，那么此线程就会一直处于等待状态，而不会消亡，直到下一个任务再次占用该线程。此方法的弊端是：使用无界队列来存放排队任务，当大量任务超过线程池最大容量需要处理时，队列无线增大，使服务器资源迅速耗尽。

newCachedThreadPool：创建一个可根据实际情况调整大小的线程池，线程数量不确定，只要有空闲线程空闲时间超过keepAliveTime，就会干掉，再来新任务，先使用空闲线程，若不够，再新建线程。线程池没有最大线程数量限制，所以当大量线程蜂拥而至，会造成资源耗尽。

newSingleThreadExecutor：创建一个容量为1的线程池，被提交任务按优先级依次执行。

newScheduledThreadPool：创建一个定长线程池，长度为输入参数自定义，支持定时周期任务执行，可根据时间需要在指定时间对线程进行调度。

可以看到 newFixedThreadPool、newCachedThreadPool、newSingleThreadExecutor均使用的ThreadPoolExecutor构造器，下面分析该构造方法的入参：

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

 this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);走的是该类中另一个构造方法：如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

corePoolSize：线程池中的线程数量，超过该数量的空闲线程空闲时间超过keepAliveTime则会被销毁，在该数量内的空闲线程则不会被销毁，在下一个任务来临之前一直处于等待状态。
maximumPoolSize：线程池支持的最大线程数，超过该数量则排队等待。
keepAliveTime：超过corePoolSize的空闲线程的存活时间。
unit：keeyAliveTime的单位。
workQueue：任务队列，当提交的任务超过线程池支持的最大线程数，则进入该队列排队等待。该队列的选择会对线程池的性能有重大影响。
threadFactory：线程工厂，用于创建线程，一般使用默认，也可自定义。
handler：当提交任务数量超过线程池容量，并且超过排队队列容量后的拒绝策略。

 

 workQueue参数分析

 workQueue是一个BlockingQueue接口的实现类，存放Runnable对象

一般来说，该队列的选择常用如下四种：

（1）SynchronousQueue：【直接提交的队列】，容量为0，每次插入都必须等待一个任务的删除操作，每次删除也要等待一个任务的插入操作。使用该队列，由于容量为0，其不会真实的保存任务，而是每次都将新任务提交给线程池，如果线程池满了，则直接执行拒绝策略，简单粗暴。

（2）ArrayBlockingQueue：【有界的任务队列，按照先进先出的顺序出队】，该队列的构造方法为public ArrayBlockingQueue(int capacity)，初始化时必须设置其容量。当线程池中的实际线程数小于corePoolSize，则优先创建新的线程；如果大于corePoolSize，并且此时恰好没有空闲线程，则优先进入有界队列，队列满了以后，再从队列中出队任务创建线程，直到线程池中的线程数量达到maximumPoolSize。当大maximumPoolSize后，执行拒绝策略。

（3）LinkedBlockingQueue：【无界的任务队列，按照先进先出的顺序出队】，当线程池中的实际线程数小于corePoolSize，则优先创建新的线程；如果大于corePoolSize，并且此时恰好没有空闲线程，只要服务器资源足够多，就会无限制的进入入队操作，直到资源耗尽。所以使用了该任务队列的线程池最大支持线程数为corePoolSize，所以使用该队列的创建线程池的方法一般是corePoolSize和maximumPoolSize相等的newFixedThreadPool。

（4）PriorityBlockingQueue：【优先任务队列，按照任务的优先级出队】，带有任务执行优先级的队列，可以控制任务执行的先后顺序，在确保系统性能的同时，对质量也有了保证。

 

handler参数分析

丢弃策略是系统超负荷运行的最后补救措施，线程池满了，并且阻塞队列满了，丢弃策略有如下四种：

（1）ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：抛出RejectedExecutionException异常，丢弃任务，阻止系统正常工作。 【Executors类创建线程池的默认丢弃策略】
（2）ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：偷偷的丢弃任务，但是不抛出异常。 
（3）ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃最老的任务（即队首马上要执行的任务），然后重新尝试执行任务（重复此过程）
（4）ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：只要线程池未关闭，直接去调用线程池的线程中处理该任务，可能引起性能的急剧下降。

 

execute方法与submit方法

前面说了，Executor是java.util.concurrent包下的一个线程池的鼻祖接口，只有一个抽象方法execute，该接口所有源码如下，execute方法入参为Runnable command。

public interface Executor {

    /**
     * Executes the given command at some time in the future.  The command
     * may execute in a new thread, in a pooled thread, or in the calling
     * thread, at the discretion of the {@code Executor} implementation.
     *
     * @param command the runnable task
     * @throws RejectedExecutionException if this task cannot be
     * accepted for execution
     * @throws NullPointerException if command is null
     */
    void execute(Runnable command);
}

该方法实际上是在ThreadPoolExecutor类中首次得到了实现，这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法，通过这个方法可以向线程池提交一个Runnable任务。所以我们在使用execute方法时，都要new Runnable。

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submit()方法是在ExecutorService中声明的方法，如下：

/**
     * Submits a Runnable task for execution and returns a Future
     * representing that task. The Future's {@code get} method will
     * return {@code null} upon successful completion.
     *
     * @param task the task to submit
     * @return a Future representing pending completion of the task
     * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
     *         scheduled for execution
     * @throws NullPointerException if the task is null
     */
    Future submit(Runnable task);

在AbstractExecutorService类中首次进行了实现，在ThreadPoolExecutor中继承下来并且没有重写，如下：

/**
     * @throws RejectedExecutionException {@inheritDoc}
     * @throws NullPointerException       {@inheritDoc}
     */
    public Future submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture ftask = newTaskFor(task, null);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }

submit方法也是用来向线程池提交Runnable任务的，并且最终调用了execute方法，通过Future来获取任务执行结果。

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execute和submit方法的不同点：

（1）execute没有返回值；而submit有返回值，方便返回执行结果。

（2）submit方便进行Exception处理，由于返回参数是Future，如果执行期间抛出了异常，可以使用Future.get()进行捕获。

 

合理的选择线程池大小

确定线程池的大小需要考虑CPU总核数，《Java Concurrency in Pracitice》书中给出了计算线程池的经验公式：

CPU核数 * CPU核数 *（1+等待时间 / 计算时间），在java中，Runtime.getRuntime().availableProcessors()可以获取当前机器的CPU核数。