ThreadPoolExecutor详解

一、ThreadPoolExecutor类讲解

1、线程池状态：

五种状态：

线程池 的状态	说明
RUNNING	允许提交并处理任务
SHUTDOWN	不允许提交新的任务，但是会处理完已提交的任务
STOP	不允许提交新的任务，也不会处理阻塞队列中未执行的任务， 并设置正在执行的线程的中断标志位
TIDYING	所有任务执行完毕，池中工作的线程数为0，等待执行terminated()勾子方法
TERMINATED	terminated()勾子方法执行完毕

• 线程池的shutdown() 方法，将线程池由 RUNNING（运行状态）转换为 SHUTDOWN状态
• 线程池的shutdownNow()方法，将线程池由RUNNING 或 SHUTDOWN 状态转换为 STOP 状态。

注：SHUTDOWN 状态 和 STOP 状态 先会转变为 TIDYING 状态，最终都会变为 TERMINATED

2、ThreadPoolExecutor构造函数：

ThreadPoolExecutor继承自AbstractExecutorService，而AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口。

 

 

接下来我们分别讲解这些参数的含义。

2.1）线程池工作原理：

• corePoolSize ：线程池中核心线程数的最大值
• maximumPoolSize ：线程池中能拥有最多线程数
• workQueue：用于缓存任务的阻塞队列

当调用线程池execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：

1. 如果有空闲线程，则直接执行该任务；
2. 如果没有空闲线程，且当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建新的线程执行该任务；
3. 如果没有空闲线程，且当前的线程数等于corePoolSize，同时阻塞队列未满，则将任务入队列，而不添加新的线程；
4. 如果没有空闲线程，且阻塞队列已满，同时池中的线程数小于maximumPoolSize ，则创建新的线程执行任务；
5. 如果没有空闲线程，且阻塞队列已满，同时池中的线程数等于maximumPoolSize ，则根据构造函数中的 handler 指定的策略来拒绝新的任务。

2.2）KeepAliveTime：

• keepAliveTime ：表示空闲线程的存活时间
• TimeUnit unit ：表示keepAliveTime的单位

当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，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。

注：如果线程池设置了allowCoreThreadTimeout参数为true（默认false），那么当空闲线程超过keepaliveTime后直接停掉。（不会判断线程数是否大于corePoolSize）即：最终线程数会变为0。

2.3）workQueue 任务队列：

• workQueue ：它决定了缓存任务的排队策略

ThreadPoolExecutor线程池推荐了三种等待队列，它们是：SynchronousQueue 、LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。

1）有界队列：

• SynchronousQueue ：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LinkedBlockingQueue，静态工厂方法 Executors.newCachedThreadPool 使用了这个队列。
• ArrayBlockingQueue：一个由数组支持的有界阻塞队列。此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。一旦创建了这样的缓存区，就不能再增加其容量。试图向已满队列中放入元素会导致操作受阻塞；试图从空队列中提取元素将导致类似阻塞。

2）无界队列：

• LinkedBlockingQueue：基于链表结构的无界阻塞队列，它可以指定容量也可以不指定容量（实际上任何无限容量的队列/栈都是有容量的，这个容量就是Integer.MAX_VALUE）
• PriorityBlockingQueue：是一个按照优先级进行内部元素排序的无界阻塞队列。队列中的元素必须实现 Comparable 接口，这样才能通过实现compareTo()方法进行排序。优先级最高的元素将始终排在队列的头部；PriorityBlockingQueue 不会保证优先级一样的元素的排序。

注意：keepAliveTime和maximumPoolSize及BlockingQueue的类型均有关系。如果BlockingQueue是无界的，那么永远不会触发maximumPoolSize，自然keepAliveTime也就没有了意义。

2.4）threadFactory：

• threadFactory ：指定创建线程的工厂。（可以不指定）

如果不指定线程工厂时，ThreadPoolExecutor 会使用ThreadPoolExecutor.defaultThreadFactory 创建线程。默认工厂创建的线程：同属于相同的线程组，具有同为 Thread.NORM_PRIORITY 的优先级，以及名为 “pool-XXX-thread-” 的线程名（XXX为创建线程时顺序序号），且创建的线程都是非守护进程。

2.5）handler 拒绝策略：

• handler ：表示当 workQueue 已满，且池中的线程数达到 maximumPoolSize 时，线程池拒绝添加新任务时采取的策略。（可以不指定）

策略	BB
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()	抛出RejectedExecutionException异常。默认策略
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()	由向线程池提交任务的线程来执行该任务
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()	抛弃当前的任务
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()	抛弃最旧的任务（最先提交而没有得到执行的任务）

最科学的的还是 AbortPolicy 提供的处理方式：抛出异常，由开发人员进行处理。

3、常用方法：

除了在创建线程池时指定上述参数的值外，还可在线程池创建以后通过如下方法进行设置。

 

此外，还有一些方法：

• getCorePoolSize()：返回线程池的核心线程数，这个值是一直不变的，返回在构造函数中设置的coreSize大小；
• getMaximumPoolSize()：返回线程池的最大线程数，这个值是一直不变的，返回在构造函数中设置的coreSize大小；
• getLargestPoolSize()：记录了曾经出现的最大线程个数（水位线）；
• getPoolSize()：线程池中当前线程的数量；
• getActiveCount()：Returns the approximate（近似） number of threads that are actively executing tasks；
• prestartAllCoreThreads()：会启动所有核心线程，无论是否有待执行的任务，线程池都会创建新的线程，直到池中线程数量达到 corePoolSize；
• prestartCoreThread()：会启动一个核心线程（同上）；
• allowCoreThreadTimeOut(true)：允许核心线程在KeepAliveTime时间后，退出；

4、Executors类：

Executors类的底层实现便是ThreadPoolExecutor！ Executors 工厂方法有：

• Executors.newCachedThreadPool()：无界线程池，可以进行自动线程回收
• Executors.newFixedThreadPool(int)：固定大小线程池
• Executors.newSingleThreadExecutor()：单个后台线程

它们均为大多数使用场景预定义了设置。不过在阿里java文档中说明，尽量不要用该类创建线程池。

二、线程池相关接口介绍：

1、ExecutorService接口：

该接口是真正的线程池接口。上面的ThreadPoolExecutor以及下面的ScheduledThreadPoolExecutor都是该接口的实现类。改接口常用方法：

• Future submit(Runnable task)：提交Runnable任务到线程池，返回Future对象，由于Runnable没有返回值，也就是说调用Future对象get()方法返回null；
• Future submit(Callable task)：提交Callable任务到线程池，返回Future对象，调用Future对象get()方法可以获取Callable的返回值；
• Future submit(Runnable task，T result)：提交Runnable任务到线程池，返回Future对象，调用Future对象get()方法可以获取Runnable的参数值；
• invokeAll(collection of tasks)/invokeAll(collection of tasks, long timeout, TimeUnit unit)：invokeAll会按照任务集合中的顺序将所有的Future添加到返回的集合中，该方法是一个阻塞的方法。只有当所有的任务都执行完毕时，或者调用线程被中断，又或者超出指定时限时，invokeAll方法才会返回。当invokeAll返回之后每个任务要么返回，要么取消，此时客户端可以调用get/isCancelled来判断具体是什么情况。
• invokeAny(collection of tasks)/invokeAny(collection of tasks, long timeout, TimeUnit unit)：阻塞的方法，不会返回 Future 对象，而是返回集合中某一个Callable 对象的结果，而且无法保证调用之后返回的结果是哪一个 Callable，如果一个任务运行完毕或者抛出异常，方法会取消其它的 Callable 的执行。和invokeAll区别是只要有一个任务执行完了，就把结果返回，并取消其他未执行完的任务；同样，也带有超时功能；
• shutdown()：在完成已提交的任务后关闭服务，不再接受新任；
• shutdownNow()：停止所有正在执行的任务并关闭服务；
• isTerminated()：测试是否所有任务都执行完毕了；
• isShutdown()：测试是否该ExecutorService已被关闭。

1.1）submit方法示例：

我们知道，线程池接口中有以下三个主要方法，接下来我们看一下具体示例：

 

1）Callable：

public static ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 50, 300, TimeUnit.SECONDS, 
			new ArrayBlockingQueue(50),  
			new ThreadFactory(){ public Thread newThread(Runnable r) {
                return new Thread(r, "schema_task_pool_" + r.hashCode());
            }}, new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());

public static void callableTest() {
	int a = 1;
	//callable
	Future future = threadPool.submit(new Callable(){
		@Override
		public Boolean call() throws Exception {
			int b = a + 100;
			System.out.println(b);
			return true;
		}
	});
	try {
		System.out.println("feature.get");
		Boolean boolean1 = future.get();
		System.out.println(boolean1);
	} catch (InterruptedException e) {
		System.out.println("InterruptedException...");
		e.printStackTrace();
	} catch (ExecutionException e) {
		System.out.println("execute exception...");
		e.printStackTrace();
	} 
}

 

2）Runnable：

public static void runnableTest() {
	int a = 1;
	//runnable
	Future future1 = threadPool.submit(new Runnable(){
		@Override
		public void run() {
			int b = a + 100;
			System.out.println(b);
		}
	});
	try {
		System.out.println("feature.get");
		Object x = future1.get(900,TimeUnit.MILLISECONDS);
		System.out.println(x);//null
	} catch (InterruptedException e) {
		e.printStackTrace();
	} catch (ExecutionException e) {
		System.out.println("execute exception...");
		e.printStackTrace();
	} catch (TimeoutException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

 

3）Runnable+result：

class RunnableTask implements Runnable {
	Person p;
	RunnableTask(Person p) {
		this.p = p;
	}

	@Override
	public void run() {
		p.setId(1);
		p.setName("Runnable Task...");
	}
}
class Person {
	private Integer id;
	private String name;
	
	public Person(Integer id, String name) {
		super();
		this.id = id;
		this.name = name;
	}
	public Integer getId() {
		return id;
	}
	public void setId(Integer id) {
		this.id = id;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Person [id=" + id + ", name=" + name + "]";
	}
}

public static void runnableTest2() {
	//runnable + result
	Person p = new Person(0,"person");
	Future future2 = threadPool.submit(new RunnableTask(p),p);
	try {
		System.out.println("feature.get");
		Person person = future2.get();
		System.out.println(person);
	} catch (InterruptedException e) {
		e.printStackTrace();
	} catch (ExecutionException e) {
		e.printStackTrace();
	}
}

 

1.2）线程池执行时，Callable的call方法（Runnable的run方法）抛出异常后，会出现什么？

在上面的例子中我们可以看到，线程池无论是执行Callable还是Runnable，调用返回的Future对象get()方法时需要处理两种异常（如果是调用get(timeout)方法，需要处理三种异常），如下：

//在线程池上运行
Future