Java线程池的较详细解读
JUC_Java线程池
1.线程池
1.1 为什么使用线程池
在学习一门新的技术之前，我们还是先了解下为什么要使用它，使用它能够解决什么问题：
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创建/销毁线程伴随着系统开销，过于频繁的创建/销毁线程，会很大程度上影响处理效率
例如：
记创建线程消耗时间T1，执行任务消耗时间T2，销毁线程消耗时间T3
如果T1+T3>T2，那么是不是说开启一个线程来执行这个任务太不划算了！
正好，线程池缓存线程，可用已有的闲置线程来执行新任务，避免了T1+T3带来的系统开销
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线程并发数量过多，抢占系统资源从而导致阻塞
我们知道线程能共享系统资源，如果同时执行的线程过多，就有可能导致系统资源不足而产生阻塞的情况，运用线程池能有效的控制线程最大并发数，避免以上的问题。
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对线程进行一些简单的管理
比如：延时执行、定时循环执行的策略等，运用线程池都能进行很好的实现。
1.1.1 线程池的概念
线程池由任务队列和工作线程组成，它可以重用线程来避免线程创建的开销，在任务过多时通过排队避免创建过多线程来减少系统资源消耗和竞争，确保任务有序完成。
1.1.2 线程池的优势
线程池做的工作主要是控制运行的线程数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。
1.1.3 线程池的特点
它的主要特点为：线程复用;控制最大并发数;管理线程。
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销耗。
第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等待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，不仅会销耗系统资源，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。
1.2 线程池如何使用
1.2.1 架构说明
Java 本身提供了工具类java.util.concurrent.Executors。Java中的线程池是通过Executor框架实现的，该框架中用到了Executor，Executors，ExecutorService，ThreadPoolExecutor这几个类
ThreadPoolExecutor 继承自 AbstractExecutorService 实现了 ExecutorService 接口，ScheduledThreadPoolExecutor 继承自 ThreadPoolExecutor 实现了 ExecutorService 和 ScheduledExecutorService 接口
大家可以把其中的Executors理解为一个创建线程池的工具类，想要获取一个线程池就可以直接通过Executors来实现。
1.2.2 Executors工具类提供的三种常用线程池
下面先介绍三个比较常用的线程池（corePoolSize、maximumPoolSize等参数随后会介绍）
①Executors.newFixedThreadPool(int)
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
newFixedThreadPool创建的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值是相等的，它使用的是LinkedBlockingQueue，这种类型的线程池一池有N个固定的线程，有固定线程数的线程，执行长期任务性能较好
代码示例：
假设将创建的线程池中的线程看做是银行的窗口，模拟客户到窗口办业务的场景
public class MyThreadPoolDemo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);//设置线程数为3个
try {
//模拟三个客户分别到窗口办理业务
for (int i = 1; i <=3 ; i++) {
threadPool.execute(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 号业务员提供服务");
});
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//关闭线程池
threadPool.shutdown();
}
}
}
运行结果：
如果我们将客户的数量增加到10个，即for循环十次，仅有的三个线程能否处理的了十个客户的业务呢？
结论：
测试发现仍然可以，这就印证了newFixedThreadPool创建的线程池是一池N个固定的线程，所有业务由固定的线程进行处理。
②Executors.newSingleThreadExecutor()
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
newSingleThreadExecutor 创建的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值都是1，它使用的是LinkedBlockingQueue，这种类型的线程池一池只有一个线程，一个任务一个任务的执行。
代码示例：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class MyThreadPoolDemo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
try {
//模拟三个客户到一个窗口办业务的场景
for (int i = 1; i <=3 ; i++) {
threadPool.execute(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 号业务员提供服务");
});
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//关闭线程池
threadPool.shutdown();
}
}
}
运行结果：
结论：
经过测试我们发现，newSingleThreadExecutor 创建的线程池虽然一池只有一个线程，但是它仍然可以处理比线程数多的业务，只不过这些任务是一个一个的执行，如果仅有的线程正在处理第一个任务，那么余下的两个任务就会在等候区（任务队列）中等候，待前一个任务处理完后再接着处理等候区（任务队列）排队的余下的任务。
③Executors.newCachedThreadPool()
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
newCachedThreadPool创建的线程池将corePoolSize设置为0，将maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE，它使用的是SynchronousQueue，也就是说来了任务就创建线程运行，当线程空闲超过60秒，就销毁线程。这种类型的线程池主要用来执行很多短期异步任务，会根据需要创建新的线程，但在先前构建的线程可用时将重用它们。可扩容，遇强则强。
代码示例：
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class MyThreadPoolDemo {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
try {
//模拟三个客户到窗口办业务
for (int i = 1; i <=3 ; i++) {
threadPool.execute(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 号业务员提供服务");
});
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//关闭线程池
threadPool.shutdown();
}
}
}
运行结果：
追加测试：将办理业务的客户增加至10即for循环10次
继续追加测试：将办理业务的客户继续增加至20即for循环20次
结论：
经过测试我们发现，newCachedThreadPool创建的线程池中的线程数是根据任务数来自动创建的，当for循环三次时，就会有三个线程thread-1、thread-2、thread-3来分别处理三个任务，而当for循环十次时，就会有十个线程来分别处理十个任务，当for循环二十次时，我们发现并不是创建了二十个线程来处理任务，这是由于线程池中的线程可以复用，当前一个线程处理完任务后，可以继续用来处理下一个任务而不必再次创建线程，这也就印证了newCachedThreadPool创建的线程池将corePoolSize设置为0，将maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE所带来的结果，任务有多少，就会在线程池中相应的扩展、创建线程，当然由于线程池中的线程可以复用，它也不会一直扩展创建下去，只要现有的线程可以满足对任务的处理就会复用线程而先不进行扩展。
1.2.3 三种线程池之间的联系
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
通过跟踪源码我们发现，三个常用线程池的返回值都为new ThreadPoolExecutor(),那么这个ThreadPoolExecutor到底何方神圣呢？
1.2.4 ThreadPoolExecutor底层原理
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> 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.corePoolSize = corePoolSize;
this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
this.workQueue = workQueue;
this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
this.threadFactory = threadFactory;
this.handler = handler;
}
1.3 ThreadPoolExecutor的七大参数
①corePoolSize：线程池中的常驻核心线程数
②maximumPoolSize：线程池中能够容纳同时 执行的最大线程数，此值必须大于等于1
③keepAliveTime：多余的空闲线程的存活时间 当前池中线程数量超过corePoolSize时，当空闲时间 达到keepAliveTime时，多余线程会被销毁直到 只剩下corePoolSize个线程为止
④unit：keepAliveTime的单位
⑤workQueue：任务队列，被提交但尚未被执行的任务
⑥threadFactory：表示生成线程池中工作线程的线程工厂， 用于创建线程，一般默认的即可（注意，是创建线程池线程的工厂，不是创建执行线程的工厂，创建于线程池核心线程初始化和线程队列满导致创建非核心线程时调用 ）
⑦handler：拒绝策略，表示当队列满了，并且工作线程大于 等于线程池的最大线程数（maximumPoolSize）时如何来拒绝 请求执行的runnable的策略
而如果通过Executors工具类来创建线程池的话，以上的参数都是根据线程池的类型被默认设置好的。
而如果通过Executors工具类来创建线程池的话，以上的参数都是根据线程池的类型被默认设置好的。
而如果通过Executors工具类来创建线程池的话，以上的参数都是根据线程池的类型被默认设置好的。
(重要的事情说三遍，原因后边会讲)
接着让我们通过对线程池底层原理的分析来直观的理解七个参数的具体作用。
1.4 线程池的底层工作原理
以下重要：以下重要：以下重要：以下重要：以下重要：以下重要：
执行流程：
- 在创建了线程池后，线程池中的线程数为零。
- 当调用execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断：
2.1 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；
2.2 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；
2.3 如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；
2.4 如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于maximumPoolSize，那么线程池会启动饱和拒绝策略来执行。 - 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。
在通过图解再来理解一下：
1.5 为什么不使用工具类提供的线程池
上面我们介绍了Executors工具类提供的三种常见的线程池，在工作中单一的/固定数的/可变的三种创建线程池的方法哪个用的多？如果面试官问到你这个问题，那么他给你挖了一个很大的坑。答案是一个都不用！工作中我们只能用自定义的线程池。
why？
1.阿里开发文档中，要求禁止使用Executors 直接创建线程池，是因为Executors 提供的方法在创建线程池时，workQueue ，corePoolSize ，maximumPoolSize 不可控，有可能导致OOM 。
2.因此建议使用ThreadPoolExecutor 创建线程池，根据业务场景选择合适的maximumPoolSize。
3.建议使用单例模式进行线程池的创建，保证一个服务中每一个线程池仅被初始化一次。
现在大家明白为什么上面说重要的事情说三遍了吗？正是由于通过Executors工具类来创建线程池的话，以上的参数都是根据线程池的类型被默认设置好的，workQueue ，corePoolSize ，maximumPoolSize 不可控。
1.6 线程池的拒绝策略
1.6.1 是什么
等待队列(workQueue)已经排满了，再也塞不下新任务了。同时，线程池中的max线程(maximumPoolSize )也达到了，无法继续为新任务服务。这个是时候我们就需要拒绝策略机制合理的处理这个问题。
1.6.2 JDK内置
①AbortPolicy(默认)：直接抛出RejectedExecutionException异常阻止系统正常运行
②CallerRunsPolicy：“调用者运行”一种调节机制，该策略既不会抛弃任务，也不 会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者，从而降低新任务的流量。
③DiscardOldestPolicy：抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加入队列中尝试再次提交当前任务。
④DiscardPolicy：该策略默默地丢弃无法处理的任务，不予任何处理也不抛出异常。 如果允许任务丢失，这是最好的一种策略。
1.7 自定义线程池
最后让我们自己手写一个线程池并通过例子更直观的理解拒绝策略的种类及作用
import java.util.concurrent.*;
public class MyThreadPool {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
2,//核心线程数为2
5,//最大线程数为5
3L,//多余空闲线程存活时间
TimeUnit.SECONDS,//设置存活时间单位为秒
new ArrayBlockingQueue<Runnable>(3),//任务队列可容纳的线程数（阻塞队列）
Executors.defaultThreadFactory(),//设置默认创建线程池线程的工厂
new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()//设置默认拒绝策略
);
try {
for (int i = 1; i <=10 ; i++) {
threadPool.execute(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 号业务员提供服务");
});
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
//关闭线程池
threadPool.shutdown();
}
}
}
AbortPolicy(默认)：
采用默认拒绝策略，如果线程数大于线程池可容纳的最大线程数会直接抛异常
CallerRunsPolicy：
该拒绝策略既不会抛弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者，从而降低新任务的流量。
以上是笔者在学习实践后对于java线程池的粗浅认识，有表述不当或表述错误的地方欢迎大家指正。