多线程高并发高级篇(一)--线程池核心详解

说核心内容之前，需要问一个问题，既然单个线程的创建和销毁都很简单，我们为什么要使用线程池？

使用池化技术是为了什么？

估计工作过很多年的老鸟们对这些东西都能说出个一二三来，无非就是以下几点：

1、线程相对于进程而言，虽然是轻量级的，但是它的创建依然需要占用我们那点宝贵的内存资源。如果无限制的创建线程，对应垃圾回收而言也是很有压力的，毕竟线程也是对象。使用线程池统一进行线程的调度，便于管理和控制。

2、线程的创建和关闭是需要花费时间的，这点毋庸置疑吧。如果任务非常多，频繁的创建和销毁线程也是需要占用系统的分片时间的，对于系统而言，这点时间对于处理任务的时间来说，有点浪费。

总结一下，使用线程池的目的就是将系统创建的线程进行复用，节约创建和销毁线程带来的时间开销。使用线程池后，创建线程就变成了从线程池获取空闲线程（当然，没有线程的时候也是需要创建的），销毁线程就变成了将线程归还线程池。

创建线程是为了什么？当然是为了处理任务（Task）。
一、JDK对线程池的支持

JDK提供了一套Executor框架，帮助开发人员有效的进行线程控制。

Executor框架结构图（最好自己画个UML类图，首先需要知道类图中每个符号的意思，这是源码必备的分析方法）：
uml介绍：https://www.cnblogs.com/me115/p/4092632.html
依赖关系是用一套带箭头的虚线表示的；如下图表示A依赖于B；他描述一个对象在运行期间会用到另一个对象的关系；它是一种临时性的关系，通常在运行期间产生，并且随着运行时的变化； 依赖关系也可能发生变化；
实现关系用一条带空心箭头的虚线表示；

以上涉及到的核心成员类都在java.util.concurrent包下。

上图是全部的UML类图关系，猛然一看，估计你不懵都难。所以，我们抛去依赖关系，得到最简图，这样理解起来就不费劲了。

那么，我们说的线程池是谁？就是ThreadPoolExecutor。我学习东西喜欢刨根问底，所以，我想问为什么它就是线程池？我们看上图，所有接口的第一个实现类是谁（不算抽象类）？对头，就是ThreadPoolExecutor。ScheduledThreadPoolExecutor扩展了线程池的功能（为什么英文起名字要见名知意，你从Scheduled是不是明白了什么），可以把它作为扩展功能了解。

以上整个代码架构，有人称之为Executor框架（不要一听框架就觉得有多么神奇高大，它就是个名字，因为线程池的一整套代码组织的起源是Executor，往上看下）。

二、线程池详解

java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类，因此如果要透彻地了解Java中的线程池，必须先了解这个类。下面我们来看一下ThreadPoolExecutor类的具体实现源码。

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    .....
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue workQueue);
 
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue workQueue,ThreadFactory threadFactory);
 
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue workQueue,RejectedExecutionHandler handler);
 
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
        BlockingQueue workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);
    ...
}

从上面的代码可以得知，ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类，并提供了四个构造器，事实上，通过观察每个构造器的源码具体实现，发现前面三个构造器都是调用的第四个构造器进行的初始化工作。

 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.corePoolSize = corePoolSize;  
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;  
        this.workQueue = workQueue;  
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);  
        this.threadFactory = threadFactory;  
        this.handler = handler;  
    }  

我们详细解释下这些参数的含义：

看参数含义，我们最好不要自己去理解，看的时候要结合英文注释，因为注释部分是作者要表达的真正含义。

①corePoolSize： the number of threads to keep in the pool, even if they are idle.（核心线程池大小：为什么这么起名称，是因为作者想表达的含义是线程池应该保证线程数目会有这么多，不管他们创建以后是不是空闲）。在创建了线程池后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，而是等待有任务到来才创建线程去执行任务，除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，从这2个方法的名字就可以看出，是预创建线程的意思，即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务

②maximumPoolSize： the maximum number of threads to allow in the pool.（线程池中允许创建线程的最大数目，啥意思？如果核心线程数已经达到，任务还源源不断的来，那么maximumPoolSize表达的意思就是核心线程数+新创建的线程数据<=最大线程数目）。

③keepAliveTime：when the number of threads is greater than the core, this is the maximum time that excess idle threads will wait for new tasks before terminating.（超过核心线程数的线程，在新任务到来之前能存活的最长时间，如果没等到，那么它就拜拜了）。
默认情况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime才会起作用，直到线程池中的线程数不大于corePoolSize，即当线程池中的线程数大于corePoolSize时，如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，keepAliveTime参数也会起作用，直到线程池中的线程数为0；

④unit： the time unit for the keepAliveTime argument.（就是keepAliveTime 参数的单位），有7种取值，在TimeUnit类中有7种静态属性：
TimeUnit.DAYS; //天
TimeUnit.HOURS; //小时
TimeUnit.MINUTES; //分钟
TimeUnit.SECONDS; //秒
TimeUnit.MILLISECONDS; //毫秒
TimeUnit.MICROSECONDS; //微妙
TimeUnit.NANOSECONDS; //纳秒

⑤BlockingQueue workQueue：the queue to use for holding tasks before they are executed. This queue will hold only the Runnable tasks submitted by the execute method.（等待执行的任务队列，它的作用就是用来存放还没有被执行的任务。这个队列仅仅用来存放被execute方法提交的Runnable任务，不要翻译成工作队列，那是给自己找麻烦）

⑥threadFactory：the factory to use when the executor creates a new thread.（线程工厂，用来创建新线程的工厂，一般使用默认工厂–Executors.defaultThreadFactory()，它是Executors类中的一个静态内部类的方法，返回一个实体类DefaultThreadFactory），用来创建线程

⑦RejectedExecutionHandler handler： the handler to use when execution is blocked because the thread bounds and queue capacities are reached.（当任务队列中任务已经达到了等待执行任务的队列的大小[有界队列会出现]时，要采取什么样的处理（handler）方式，取名叫拒绝策略，就是我应该怎么抛弃你）
有以下四种取值：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务