java中的线程池ThreadPoolExecutor

什么是线程池

1. 虽然与进程相比，线程是一种轻量级的工具，但其创建和关闭仍然需要花费时间。当线程数量过大时，反而会耗尽CPU和内存资源，大量的线程回收也会给GC带来很大的压力，延长GC的停顿时间。
2. 线程池中，总有那么几个活跃线程。当你需要使用线程时，可以从池子中随便拿一个空闲线程，当完成工作时，并不着急关闭线程，而是将这个线程退回到池子中，方便下一次使用。
   

JDK对线程池的支持

1. JDK提供了一套Executor框架，本质就是一个线程池。核心成员如下图：
   
2. Executor接口中有一个抽象方法void execute(Runnable command);
3. ThreadPoolExecutor表示一个线程池，ThreadPoolExecutor类实现了Executor接口，通过这个接口，任何Runnable的对象都可以被ThreadPoolExecutor线程池进行调度。

线程池工厂Executors

1. Executors类扮演线程池工厂的角色，通过Executors可以取得一个拥有特定功能的线程池。
   
2. newFixedThreadPool()方法：该方法返回一个固定线程数量的线程池。该线程池中的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时，线程池中若有空闲线程，则立即执行。若没有，则新的任务会被暂存在一个任务队列中，待有线程空闲时，便处理在任务队列中的任务。
3. newSingleThreadExecutor()方法：该方法返回一个只有一个线程的线程池。若多于一个任务被提交到该线程池，任务会被保存在一个任务队列中，待线程空闲，按先入先出的顺序执行队列中的任务。
4. newCachedThreadPool()方法：该方法返回一个可根据实际情况调整数量的线程池。线程池的线程数量不确定，但若有空闲线程可以复用，则会优先使用可复用的线程若所有线程均在工作，又有新的任务提交，则会创建新的线程处理任务。所有线程在当前任务执行完毕后，将返回线程池进行复用。
5. newSingleThreadScheduledExecutor()方法：该方法返回一个ScheduledExecutorService对象，线程池大小为1.ScheduledExecutorService接口在ExecutorService接口之上扩展了在给定时间执行某任务的功能，如在某个固定的延时之后执行，或者周期性执行某个任务。
6. newScheduledThreadPool()方法：该方法也返回一个ScheduledExecutorService对象，但该线程池可以指定线程数量。

计划任务ScheduledExecutorService

1. ScheduledExecutorService可以根据时间需要对线程进行调度。
2. 主要方法
   
3. schedule()会在给定时间，对任务进行一次调度。
4. public ScheduledFuture scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit);会对任务进行周期性调度，它是以上一个任务开始执行时间为起点，之后的period时间，调度下一次任务。如果任务执行时间超过period时间的话，下一次任务会直到上一次任务完成才进行调度。
5. public ScheduledFuture scheduleWithFixedDelay(Runnable command,long initialDelay,long delay,TimeUnit unit);也是对任务进行周期性调度，它是在上一个任务结束后，再等待delay时间后才会对任务进行调度。
6. 周期性任务一旦遇到异常，那么后续的所有子任务都会停止调度，所以需要做好异常处理。

核心线程池的内部实现

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }
    
    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

    public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

1. 由以上线程工厂Executors中的构造线程池的静态方法可以看到，虽然三种线程池的特性都有所不同，但都是基于ThreadPoolExecutor进行的封装；
2. ThreadPoolExecutor构造方法如下：

public ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,
    int maximumPoolSize,
    long keepAliveTime,
    TimeUnit unit,
    BlockingQueue<Runnable> workQueue,
    ThreadFactory threadFactory,
    RejectedExecutionHandler handler
) 
1. corePoolSize：线程池中要保留的线程数，即使线程处于空闲状态；
2. maximumPoolSize：线程池中允许的最大线程数
3. keepAliveTime：当线程数大于corePoolSize时，这是多余的空闲线程在终止之前等待新任务的最长时间
4. unit：keepAliveTime的单位；
5. workQueue：在执行任务之前用于保留任务的队列。（有界、无界、优先）
6. threadFactory：使用怎样的工厂类创建一个线程
7. handler：当任务无法被执行时使用的拒绝策略（队列无法存储更多的任务并且线程池已达到允许的最大线程数）

3. 参数workQueue指被提交但未执行的任务队列，是一个BlockingQueue接口的对象，仅用于存放Runnable对象；
   1. 直接提交队列SynchronousQueue：该队列没有容量，每一个插入操作都要等待一个相应的删除操作，每一个删除操作都要等待对应的插入操作；任务不会被真实的保存，而总是将新任务提交给线程执行，如果没有空闲的线程，则尝试创建新的。因此使用SynchronousQueue队列ie，通常要设置很大的maximumPoolSize值。
   2. 有界的任务队列ArrayBlockingQueue，构造函数有一个队列容量值设置；当有新的任务需要执行时，线程池数量小于corePoolSize则直接创建一个线程执行任务，否则的话就把任务加入等待队列。队列已满的话，若线程数量小于maximumPoolSize，创建新的线程执行任务，若大于maximumPoolSize，则执行拒绝策略；
   3. 无界任务队列LinkedBlockingQueue，与有界队列相比，除非系统资源耗尽，否则无界的任务队列不存在任务入队失败的情况。具体的任务执行策略与有界队列相似；若任务创建速度很快，处理很慢，那么无界队列会保持快速增长，内存资源很容易被耗尽。
   4. 优先任务队列PriorityBlockingQueue，优先任务队列时可以控制任务的执行先后顺序，是一个特殊的无界队列；
4. 拒绝策略handler：
   
   1. AbortPolicy：直接抛出异常，阻止系统正常工作；（默认策略）
   2. CallerRunsPolicy：只要线程池未关闭，该策略直接再调用者线程中，运行当前被丢弃的任务。（任务不会真的被丢弃，但是性能可能会急剧下降）
   3. DiscardOldestPolicy：丢弃最旧的未处理请求，然后重试
   4. DiscardPolicy：静默丢弃，不予任何处理
   5. 自行扩展RejectedExecutionHandler接口，重写void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);方法

线程池常用方法

1. void execute(Runnable command);
2. Future submit(Runnable task);
3. void shutdown();该方法并不会立即暴力终止所有任务，会等待所有任务执行完成后再关闭线程池。但是该方法会立即返回，不会等待所有线程执行完成再返回，并且该方法执行后，线程池就不会再接受新任务了。是一个安全关闭线程池的方法。