Java并发编程 | 第一篇： Java线程池
1、什么是线程池
线程池的基本思想是一种对象池，在程序启动时就开辟一块内存空间，里面存放了众多(未死亡)的线程，池中线程执行调度由池管理器来处理。当有线程任务时，从池中取一个，执行完成后线程对象归池，这样可以避免反复创建线程对象所带来的性能开销，节省了系统的资源。
2、使用线程池的好处
- 减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
- 运用线程池能有效的控制线程最大并发数，可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。
- 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
3、线程池的主要组件
一个线程池包括以下四个基本组成部分：
- 线程池管理器（ThreadPool）：用于创建并管理线程池，包括 创建线程池，销毁线程池，添加新任务；
- 工作线程（WorkThread）：线程池中线程，在没有任务时处于等待状态，可以循环的执行任务；
- 任务接口（Task）：每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行，它主要规定了任务的入口，任务执行完后的收尾工作，任务的执行状态等；
- 任务队列（taskQueue）：用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。
4、ThreadPoolExecutor类
讲到线程池，要重点介绍java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类，ThreadPoolExecutor线程池中最核心的一个类，ThreadPoolExecutor在JDK中线程池常用类UML类关系图如下：
我们可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize,keepAliveTime,
milliseconds,runnableTaskQueue, threadFactory,handler);
1. 创建一个线程池需要输入几个参数
- corePoolSize（线程池的基本大小）：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。
- maximumPoolSize（线程池最大大小）：线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。
- runnableTaskQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。
- ThreadFactory：用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字，Debug和定位问题时非常又帮助。
- RejectedExecutionHandler（拒绝策略）：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。以下是JDK1.5提供的四种策略。n AbortPolicy：直接抛出异常。
- keepAliveTime（线程活动保持时间）：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。所以如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大这个时间，提高线程的利用率。
- TimeUnit（线程活动保持时间的单位）：可选的单位有天（DAYS），小时（HOURS），分钟（MINUTES），毫秒(MILLISECONDS)，微秒(MICROSECONDS, 千分之一毫秒)和毫微秒(NANOSECONDS, 千分之一微秒)。
2. 向线程池提交任务
我们可以通过execute()或submit()两个方法向线程池提交任务，不过它们有所不同
- execute()方法没有返回值，所以无法判断任务知否被线程池执行成功
threadsPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
}
});
- submit()方法返回一个future,那么我们可以通过这个future来判断任务是否执行成功，通过future的get方法来获取返回值
try {
Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// 处理中断异常
} catch (ExecutionException e) {
// 处理无法执行任务异常
} finally {
// 关闭线程池
executor.shutdown();
}
3. 线程池的关闭
我们可以通过shutdown()或shutdownNow()方法来关闭线程池，不过它们也有所不同
- shutdown的原理是只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。
- shutdownNow的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。shutdownNow会首先将线程池的状态设置成STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。
4. ThreadPoolExecutor执行的策略
- 线程数量未达到corePoolSize，则新建一个线程(核心线程)执行任务
- 线程数量达到了corePools，则将任务移入队列等待
- 队列已满，新建线程(非核心线程)执行任务
- 队列已满，总线程数又达到了maximumPoolSize，就会由(RejectedExecutionHandler)抛出异常
新建线程 -> 达到核心数 -> 加入队列 -> 新建线程（非核心） -> 达到最大数 -> 触发拒绝策略
5. 四种拒绝策略
- AbortPolicy：不执行新任务，直接抛出异常，提示线程池已满，线程池默认策略
- DiscardPolicy：不执行新任务，也不抛出异常，基本上为静默模式。
- DisCardOldSetPolicy：将消息队列中的第一个任务替换为当前新进来的任务执行
- CallerRunPolicy：拒绝新任务进入，如果该线程池还没有被关闭，那么这个新的任务在执行线程中被调用）
5、Java通过Executors提供四种线程池
- CachedThreadPool()：可缓存线程池。
- 线程数无限制
- 有空闲线程则复用空闲线程，若无空闲线程则新建线程
一定程序减少频繁创建/销毁线程，减少系统开销
- FixedThreadPool()：定长线程池。
- 可控制线程最大并发数（同时执行的线程数）
- 超出的线程会在队列中等待
- ScheduledThreadPool()：
- 定时线程池。
- 支持定时及周期性任务执行。
- SingleThreadExecutor()：单线程化的线程池。
- 有且仅有一个工作线程执行任务
- 所有任务按照指定顺序执行，即遵循队列的入队出队规则
1. newCachedThreadPool
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程
public class ThreadPoolExecutorTest1 {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
final int index = i;
try {
Thread.sleep(index * 1000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+index);
}
});
}
}
}
2. newFixedThreadPool
newFixedThreadPool创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待，指定线程池中的线程数量和最大线程数量一样，也就线程数量固定不变
示例代码如下
public class ThreadPoolExecutorTest {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);// 每隔两秒打印3个数
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+index);
//三个线程并发
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
}
3. newscheduledThreadPool
newscheduledThreadPool创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下.表示延迟1秒后每3秒执行一次
public class ThreadPoolExecutorTest3 {
public static void main(String[] args) {
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
}
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);// 表示延迟1秒后每3秒执行一次
}
}
4. newSingleThreadExecutor
newSingleThreadExecutor创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行
public class ThreadPoolExecutorTest4 {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
public void run() {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + index);
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
}
}
}
结果依次输出，相当于顺序执行各个任务。使用JDK自带的监控工具来监控我们创建的线程数量，运行一个不终止的线程，创建指定量的线程，来观察
6、线程池ThreadPoolExecutor参数设置
参数的设置跟系统的负载有直接的关系，下面为系统负载的相关参数：
- tasks，每秒需要处理的的任务数
- tasktime，处理每个任务花费的时间
- responsetime，系统允许任务最大的响应时间，比如每个任务的响应时间不得超过2秒。
corePoolSize
每个任务需要tasktime秒处理，则每个线程每钞可处理1/tasktime个任务。系统每秒有tasks个任务需要处理，则需要的线程数为：tasks/(1/tasktime)，即tasks*tasktime个线程数。
假设系统每秒任务数为100 ~ 1000，每个任务耗时0.1秒，则需要100 * 0.1至1000 * 0.1，即10 ~ 100个线程。那么corePoolSize应该设置为大于10，具体数字最好根据8020原则，即80%情况下系统每秒任务数小于200，最多时为1000，则corePoolSize可设置为20。
maxPoolSize
当系统负载达到最大值时，核心线程数已无法按时处理完所有任务，这时就需要增加线程。每秒200个任务需要20个线程，那么当每秒达到1000个任务时，则需要(1000-queueCapacity)*(20/200)，即60个线程，可将maxPoolSize设置为60。
queueCapacity
任务队列的长度要根据核心线程数，以及系统对任务响应时间的要求有关。队列长度可以设置为(corePoolSize/tasktime)*responsetime： (20/0.1)*2=400，即队列长度可设置为400。
队列长度设置过大，会导致任务响应时间过长，切忌以下写法：
LinkedBlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue();
这实际上是将队列长度设置为Integer.MAX_VALUE，将会导致线程数量永远为corePoolSize，再也不会增加，当任务数量陡增时，任务响应时间也将随之陡增。
keepAliveTime
当负载降低时，可减少线程数量，当线程的空闲时间超过keepAliveTime，会自动释放线程资源。默认情况下线程池停止多余的线程并最少会保持corePoolSize个线程。
allowCoreThreadTimeout
默认情况下核心线程不会退出，可通过将该参数设置为true，让核心线程也退出。