Java线程池的使用

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如果并发的线程数量很多，并且每个线程都是执行一个时间很短的任务就结束了，这样频繁创建线程就会大大降低系统的效率，因为频繁创建线程和销毁线程需要时间。

　　那么有没有一种办法使得线程可以复用，就是执行完一个任务，并不被销毁，而是可以继续执行其他的任务？

　　在Java中可以通过线程池来达到这样的效果。今天我们就来详细讲解一下Java的线程池，首先我们从最核心的ThreadPoolExecutor类中的方法讲起，然后再讲述它的实现原理，接着给出了它的使用示例，最后讨论了一下如何合理配置线程池的大小。

一.Java中的ThreadPoolExecutor类

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。

　　在ThreadPoolExecutor类中提供了四个构造方法：

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。

 　　下面解释下一下构造器中各个参数的含义：

• corePoolSize：核心池的大小，这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。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；
• maximumPoolSize：线程池最大线程数，这个参数也是一个非常重要的参数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程；
• keepAliveTime：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；
• 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：

ArrayBlockingQueue;基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；
LinkedBlockingQueue;基于链表的先进先出队列，如果创建时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX_VALUE；
SynchronousQueue;直接新建一个线程来执行新来的任务。当创建的线程数大于maximumPoolSize时，便拒绝接收任务

ArrayBlockingQueue使用较少，一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。LinkedBlockingQueue使用Integer.MAX_VALUE的话，则maximumPoolSize值便无意义，直接设置成跟corePoolSize相同即可。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。

• threadFactory：线程工厂，主要用来创建线程；
• handler：表示当拒绝处理任务时的策略，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 

从上面给出的ThreadPoolExecutor类的代码可以知道，ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService，我们来看一下AbstractExecutorService的实现：

public abstract class AbstractExecutorService implements ExecutorService {
    protected  RunnableFuture newTaskFor(Runnable runnable, T value) { };
    protected  RunnableFuture newTaskFor(Callable callable) { };
    public Future submit(Runnable task) {};
    public  Future submit(Runnable task, T result) { };
    public  Future submit(Callable task) { };
    private  T doInvokeAny(Collection> tasks,
                            boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
    };
    public  T invokeAny(Collection> tasks)
        throws InterruptedException, ExecutionException {
    };
    public  T invokeAny(Collection> tasks,
                           long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {
    };
    public  List> invokeAll(Collection> tasks)
        throws InterruptedException {
    };
    public  List> invokeAll(Collection> tasks,
                                         long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException {
    };
}

AbstractExecutorService是一个抽象类，它实现了ExecutorService接口。

　　我们接着看ExecutorService接口的实现：

public interface ExecutorService extends Executor {
    void shutdown();
    boolean isShutdown();
    boolean isTerminated();
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;
     Future submit(Callable task);
     Future submit(Runnable task, T result);
    Future submit(Runnable task);
     List> invokeAll(Collection> tasks)
        throws InterruptedException;
     List> invokeAll(Collection> tasks,
                                  long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;
 
     T invokeAny(Collection> tasks)
        throws InterruptedException, ExecutionException;
     T invokeAny(Collection> tasks,
                    long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

而ExecutorService又是继承了Executor接口，我们看一下Executor接口的实现：

public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

到这里，大家应该明白了ThreadPoolExecutor、AbstractExecutorService、ExecutorService和Executor几个之间的关系了。

　　Executor是一个顶层接口，在它里面只声明了一个方法execute(Runnable)，返回值为void，参数为Runnable类型，从字面意思可以理解，就是用来执行传进去的任务的；

　　然后ExecutorService接口继承了Executor接口，并声明了一些方法：submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等；

　　抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口，基本实现了ExecutorService中声明的所有方法；

　　然后ThreadPoolExecutor继承了类AbstractExecutorService。

　　在ThreadPoolExecutor类中有几个非常重要的方法：

execute()
submit()
shutdown()
shutdownNow()

execute()方法实际上是Executor中声明的方法，在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现，这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法，通过这个方法可以向线程池提交一个任务，交由线程池去执行。

　　submit()方法是在ExecutorService中声明的方法，在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现，在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写，这个方法也是用来向线程池提交任务的，但是它和execute()方法不同，它能够返回任务执行的结果，去看submit()方法的实现，会发现它实际上还是调用的execute()方法，只不过它利用了Future来获取任务执行结果（Future相关内容将在下一篇讲述）。

　　shutdown()和shutdownNow()是用来关闭线程池的。

　　还有很多其他的方法：

　　比如：getQueue() 、getPoolSize() 、getActiveCount()、getCompletedTaskCount()等获取与线程池相关属性的方法，有兴趣的朋友可以自行查阅API。

二、线程池的状态

在ThreadPoolExecutor中定义了一个volatile变量，另外定义了几个static final变量表示线程池的各个状态：

volatile int runState;
static final int RUNNING    = 0;
static final int SHUTDOWN   = 1;
static final int STOP       = 2;
static final int TERMINATED = 3;

runState表示当前线程池的状态，它是一个volatile变量用来保证线程之间的可见性；

　　下面的几个static final变量表示runState可能的几个取值。

　　当创建线程池后，初始时，线程池处于RUNNING状态；

　　如果调用了shutdown()方法，则线程池处于SHUTDOWN状态，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；

　　如果调用了shutdownNow()方法，则线程池处于STOP状态，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；

　　当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后，线程池被设置为TERMINATED状态。

下面是一个简单的线程池例子

package com.xiaobaizhiqian;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.RejectedExecutionException;
import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ThreadPoolExecutorTest {

	public static void main(String[] args) {
		
		/** 核心池大小(核心池中线程数量) */
		int corePoolSize = 5;
		
		/** 核心池中线程的最大数量() */
		int maximumPoolSize = 10;
		
		/** 当线程池中线程未使用时，多长时间关闭 */
		int keepAliveTime = 200;
		
		/** 时间单位
		 * 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
		 */
		TimeUnit unit = TimeUnit.MILLISECONDS;
		
		/** 阻塞队列，只有当阻塞队列放满时，线程池才会创建大于corePoolSize小于等于maximumPoolSize个线程
		 * ArrayBlockingQueue;基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；
		 * LinkedBlockingQueue;基于链表的先进先出队列，如果创建时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX_VALUE；
		 * SynchronousQueue;直接新建一个线程来执行新来的任务。当创建的线程数大于maximumPoolSize时，便拒绝接收任务
		 */
		BlockingQueue blockingQueue = new LinkedBlockingQueue(5);
		
		/** 拒绝策略，当线程池大小大于maximumPoolSize加blockingQueue时，会使用拒绝策略
		 * 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
		 */
		RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy();
		
		// 创建线程池
		ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime,
				unit,blockingQueue, handler);
		int i = 0;
		try {
			for (; i < 15; i++) {
				MyTask myTask = new MyTask(i);
				executor.execute(myTask);
				System.out.println("线程池中线程数目：" + executor.getPoolSize()
						+ "，队列中等待执行的任务数目：" + executor.getQueue().size()
						+ "，已执行玩别的任务数目：" + executor.getCompletedTaskCount());
			}
		} catch (RejectedExecutionException e) {
			System.err.println("第" + i +"个线程超出线程池最大数量");
		} finally {
			executor.shutdown();
		}
	}

}

class MyTask implements Runnable {
    private int taskNum;
     
    public MyTask(int num) {
        this.taskNum = num;
    }
     
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("正在执行task "+taskNum);
        try {
            Thread.currentThread();
			Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("task "+taskNum+"执行完毕");
    }
}