java线程池ThreadPoolExecutor及四大常用线程池

一、线程池的作用

        有时候，系统需要处理非常多的执行时间很短的请求，如果每一个请求都开启一个新线程的话，系统就要不断的进行线程的创建和销毁，有时花在创建和销毁线程上的时间会比线程真正执行的时间还长。而且当线程数量太多时，系统不一定能受得了。
       
        使用线程池主要为了解决一下几个问题：
        a.通过重用线程池中的线程，来减少每个线程创建和销毁的性能开销。
        b.对线程进行一些维护和管理，比如定时开始，周期执行，并发数控制等等。

二、如何创建线程池

        java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是创建线程池中核心类。 它有4个构造函数:

详细列举如下 :

//五个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue)

//六个参数的构造函数-1
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)

//六个参数的构造函数-2
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler)

//七个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

三、各个参数的含义

• int corePoolSize：该线程池中核心线程数最大值 

  核心线程：线程池新建线程的时候，如果当前线程总数小于corePoolSize，则新建的是核心线程，如果超过corePoolSize，则新建的是非核心线程。 核心线程默认情况下会一直存活在线程池中，即使这个核心线程啥也不干(闲置状态)。
  如果指定ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut这个属性为true，那么核心线程如果不干活(闲置状态)的话，超过一定时间(时长下面参数决定)，就会被销毁掉。
         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，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中；

• int maximumPoolSize： 该线程池中线程总数最大值
  线程总数 = 核心线程数 + 非核心线程数。  它表示在线程池中最多能创建多少个线程；
   
• long keepAliveTime：该线程池中非核心线程闲置超时时长
          表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。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；
   
• TimeUnit unit：参数keepAliveTime的时间单位，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
  

• workQueue：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，这个参数的选择也很重要，会对线程池的运行过程产生重大影响，一般来说，这里的阻塞队列有以下几种选择：
  
  1) BlockingQueue workQueue：该线程池中的任务队列：维护着等待执行的Runnable对象。当所有的核心线程都在干活时，新添加的任务会被添加到这个队列中等待处理，如果队列满了，则新建非核心线程执行任务。
  常用的workQueue类型：
  2) SynchronousQueue: 这个队列接收到任务的时候，会直接提交给线程处理，而不保留它，如果所有线程都在工作怎么办？那就新建一个线程来处理这个任务！所以为了保证不出现<线程数达到了maximumPoolSize而不能新建线程>的错误，使用这个类型队列的时候，maximumPoolSize一般指定成Integer.MAX_VALUE，即无限大。
  3) LinkedBlockingQueue: 这个队列接收到任务的时候，如果当前线程数小于核心线程数，则新建线程(核心线程)处理任务；如果当前线程数等于核心线程数，则进入队列等待。由于这个队列没有最大值限制，即所有超过核心线程数的任务都将被添加到队列中，这也就导致了maximumPoolSize的设定失效，因为总线程数永远不会超过corePoolSize。
  4) ArrayBlockingQueue: 可以限定队列的长度，接收到任务的时候，如果没有达到corePoolSize的值，则新建线程(核心线程)执行任务，如果达到了，则入队等候，如果队列已满，则新建线程(非核心线程)执行任务，又如果总线程数到了maximumPoolSize，并且队列也满了，则发生错误。
  5) DelayQueue: 队列内元素必须实现Delayed接口，这就意味着你传进去的任务必须先实现Delayed接口。这个队列接收到任务时，首先先入队，只有达到了指定的延时时间，才会执行任务
   
• ThreadFactory threadFactory：创建线程的工厂，当线程池需要创建新的线程时，会向threadFactory取线程，而此工厂可以给new出的thread 设置一个name，便于后续排查问题。
• RejectedExecutionHandler handler：表示当拒绝处理任务时的策略，有以下四种取值：

  1) ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。 
  2) ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。 
  3) 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）
  4) ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务 

四、常见四种线程池：

        Java通过 Executors 提供了四种静态方法来创建线程池，这四种线程池都是直接或间接配置ThreadPoolExecutor的参数实现的。
        1.可缓存线程池CachedThreadPool()        
        根据源码可以看出：
        a.这种线程池内部没有核心线程，线程的数量是有没限制的。
        b.在创建任务时，若有空闲的线程时则复用空闲的线程，若没有则新建线程。
        c.没有工作的线程（闲置状态）在超过了60S还不做事，就会销毁。
通俗理解：当有新任务到来，则插入到SynchronousQueue中，由于SynchronousQueue是同步队列，因此会在池中寻找可用线程来执行，若有可以线程则执行，若没有可用线程则创建一个线程来执行该任务；若池中线程空闲时间超过指定大小，则该线程会被销毁。

适用场景：执行很多短期异步的小程序或者负载较轻的服务器

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

        2.FixedThreadPool 定长线程池
        根据源码可以看出：
        a.该线程池的最大线程数等于核心线程数，所以在默认情况下，该线程池的线程不会因为闲置状态超时而被销毁。
        b.如果当前线程数小于核心线程数，并且也有闲置线程的时候提交了任务，这时也不会去复用之前的闲置线程，会创建新的线                程去执行任务。如果当前执行任务数大于了核心线程数，大于的部分就会进入队列等待。等着有闲置的线程来执行这个任务。
通俗理解：创建可容纳固定数量线程的池子，每隔线程的存活时间是无限的，当池子满了就不在添加线程了；如果池中的所有线程均在繁忙状态，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
适用场景：执行长期的任务，性能好很多

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue());
    }

        3.SingleThreadPool
        根据源码可以看出：
        a.有且仅有一个工作线程执行任务
        b.所有任务按照指定顺序执行，即遵循队列的入队出队规则
通俗理解：创建只有一个线程的线程池，且线程的存活时间是无限的；当该线程正繁忙时，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
适用场景：一个任务一个任务执行的场景

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue()));
    }

        4.ScheduledThreadPool
根据源码可以看出：
DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS就是默认10L，这里就是10秒。这个线程池有点像是吧CachedThreadPool和FixedThreadPool 结合了一下。
a.不仅设置了核心线程数，最大线程数也是Integer.MAX_VALUE。
b.这个线程池是上述4个中为唯一个有延迟执行和周期执行任务的线程池。
通俗理解：创建一个固定大小的线程池，线程池内线程存活时间无限制，线程池可以支持定时及周期性任务执行，如果所有线程均处于繁忙状态，对于新任务会进入DelayedWorkQueue队列中，这是一种按照超时时间排序的队列结构

适用场景：周期性执行任务的场景

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }