java线程池

线程池能够帮助我们提高系统资源利用效率，并简化线程管理。通过并发包下的Executors（不是Executor）可以方便的创建如下几类线程池。分别为：

• newCachedThreadPool()，用来处理大量短时间工作任务的线程池，具有几个鲜明特点：它会试图缓存线程并重用，当无缓存线程可用时，就会创建新的工作线程；如果线程闲置的时间超过 60 秒，则被终止并移出缓存；长时间闲置时，这种线程池，不会消耗什么资源。其内部使用 SynchronousQueue 作为工作队列。
• newFixedThreadPool(int nThreads)，重用指定数目（nThreads）的线程，其背后使用的是无界的工作队列，任何时候最多有 nThreads 个工作线程是活动的。这意味着，如果任务数量超过了活动线程数目，将在工作队列中等待空闲线程出现；如果有工作线程退出，将会有新的工作线程被创建，以补足指定的数目 nThreads。
• newSingleThreadExecutor()，它的特点在于工作线程数目被限制为 1，操作一个无界的工作队列，所以它保证了所有任务的都是被顺序执行，最多会有一个任务处于活动状态，并且不允许使用者改动线程池实例，因此可以避免其改变线程数目。
• newSingleThreadScheduledExecutor() 和 newScheduledThreadPool(int corePoolSize)，创建的是个 ScheduledExecutorService，可以进行定时或周期性的工作调度，区别在于单一工作线程还是多个工作线程。
• newWorkStealingPool(int parallelism)，Java 8 才加入这个创建方法，其内部会构建ForkJoinPool，利用Work-Stealing算法，并行地处理任务，不保证处理顺序

ThreadPoolExecutor源码分析

下面来分析一下ThreadPoolExecutor是如何实现线程池的。首先看看线程池框架图：

线程池框架

应用与线程池的交互和线程池的内部工作过程如下图所示：

应用与线程池的交互和线程池的内部工作过程

其中有几个重要的概念：

• 工作队列负责存储用户提交的各个任务，这个工作队列，可以是容量为 0 的 SynchronousQueue（使用 newCachedThreadPool），也可以是像固定大小线程池（newFixedThreadPool）那样使用 LinkedBlockingQueue。
• 内部的“线程池”，这是指保持工作线程的集合(是一个HashSet)，线程池需要在运行过程中管理线程创建、销毁。线程池的工作线程被抽象为静态内部类 Worker，基于AQS实现。
• ThreadFactory 提供上面所需要的创建线程逻辑。
• 如果任务提交时被拒绝，比如线程池已经处于 SHUTDOWN 状态或者队列已经满了，需要为其提供处理逻辑，Java 标准库提供了类似ThreadPoolExecutor.AbortPolicy等默认实现，也可以按照实际需求自定义。

理解了上面的几个概念，再看ThreadPoolExecutor的构造方法就能够很容易的理解各参数的含义了，源码截图如下：

ThreadPoolExecutor构造方法

execute方法的源码如下：

    public void execute(Runnable command) {
//验证传入参数的合法性
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
// 检查工作线程数目，低于 corePoolSize 则添加线程（这里的线程给Worker进行包装）
        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
//线程没有被shutdown，则将command加入到任务队列中
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
            int recheck = ctl.get();
// 再次进行防御性检查
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
// 尝试添加一个 worker，如果失败以为着已经饱和或者被shutdown了
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

线程状态流转图如下所示：

线程状态流转图

线程池大小的选择原则

• 如果是CPU密集型的业务，增加线程数并不能够提高计算能力，反而会因为线程的上下文切换使计算变慢，所以线程数设计成跟CPU的核心数一样是合理的。
• 如果是等待任务较多的业务，可以通过如下公式进行计算：
  线程数 = CPU 核数 × （1 + 平均等待时间 / 平均工作时间）