Java线程池解析

前言

线程是稀缺资源，如果被无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，合理的使用线程池对线程进行统一分配、调优和监控，有以下好处：

1. 降低资源消耗；
2. 提高响应速度；
3. 提高线程的可管理性

线程池实现原理

如上图所示，线程池的执行分为4步

1. workerCountOf()根据ctl的低29位（ctl高三位是线程池状态位，其余29位是线程池中的线程数量），得到线程池的当前线程数，如果线程数小于corePoolSize，则执行addWorker方法创建新的线程执行任务；否则执行步骤2；（执行这一步要获取全局锁）
2. 线程池判断工作队列是否已满。如果没有满则将新任务放入工作队列。如果已满，则进入步骤3；
3. 线程池判断当前线程数是否大于maximumPoolSize，如果线程数小于maximumPoolSize，则创建新线程来处理任务（这一步需要获取全局锁）；
4. 如果线程数超出maximumPoolSize，会调用reject方法处理任务；

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();
    // 步骤1
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    // 步骤2
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    // 步骤3
    else if (!addWorker(command, false))
        // 步骤4
        reject(command);
}

线程池的构造

线程池构造函数如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
        int maximumPoolSize,
        long keepAliveTime,
        TimeUnit unit,
        BlockingQueue workQueue,
        ThreadFactory threadFactory,
        RejectedExecutionHandler handler) {
    ...省略部分源码
}

1. corePoolSize
   线程池中的核心线程数，当提交一个任务时，线程池创建一个新线程执行任务，直到当前线程数等于corePoolSize；如果当前线程数为corePoolSize，继续提交的任务被保存到阻塞队列中，等待被执行；如果执行了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有核心线程。
2. maximumPoolSize
   线程池中允许的最大线程数。如果当前阻塞队列满了，且继续提交任务，则创建新的线程执行任务，前提是当前线程数小于maximumPoolSize；
3. keepAliveTime
   线程空闲时的存活时间，即当线程没有任务执行时，继续存活的时间；默认情况下，该参数只在线程数大于corePoolSize时才有用；
4. unit
   keepAliveTime的单位；
5. workQueue
   用来保存等待被执行的任务的阻塞队列，且任务必须实现Runable接口，在JDK中提供了如下阻塞队列：
   （1）ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，按FIFO排序任务；
   （2）LinkedBlockingQuene：基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序任务，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；
   （3）SynchronousQuene：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene；
   （4）priorityBlockingQuene：具有优先级的无界阻塞队列；
6. threadFactory
   创建线程的工厂，通过自定义的线程工厂可以给每个新建的线程设置一个具有识别度的线程名。
7. handler
   线程池的饱和策略，当阻塞队列满了，且没有空闲的工作线程，如果继续提交任务，必须采取一种策略处理该任务，线程池提供了4种策略：
   （1）AbortPolicy：直接抛出异常，默认策略；
   （2）CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来执行任务；
   （3）DiscardOldestPolicy：丢弃阻塞队列中靠最前的任务，并执行当前任务；
   （4）DiscardPolicy：直接丢弃任务；
   当然也可以根据应用场景实现RejectedExecutionHandler接口，自定义饱和策略，如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

关闭线程池

通过调用shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工作线程，逐个调用interrupt方法中断线程。它们的区别是 shutdownNow首先将线程池状态设为STOP，然后尝试停止所有正在执行或暂停的工作线程，并返回等待执行任务的列表，而shutdown只是将线程池状态设为SHUTDOWN，然后中断没有执行任务的工作线程。
只要调用其中一个，isShutDown方法会返回true。当所有的线程都已关闭，才表示线程池关闭成功，这是调用isTerminaed方法才会返回true。