Java 线程池及线程池状态

Java 中的线程池

• 什么是线程池
  • 线程池(ThreadPool)是一种基于池化思想管理和使用线程的机制，它是将多个线程预先存储在一个池子内，当有任务出现时可以避免重新创建和销毁线程所带来性能开销，只需要从池子内取出相应的线程执行对应的任务即可

• 线程池的创建方法总共有 7 种，但总体来说可分为 2 类：
  • 一类是通过 ThreadPoolExecutor 创建的线程池
  • 另一个类是通过 Executors 创建的线程池 ( [Java开发手册] 规范不允许使用)

• 线程池的创建方式总共包含以下 7 种(其中 6 种是通过 Executors 创建的，1 种是通过 ThreadPoolExecutor 创建的)
  • Executors.newFixedThreadPool：创建一个固定大小的线程池，可控制并发的线程数，超出的线程会在队列中等待
  • Executors.newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池，若线程数超过处理所需，缓存一段时间后会回收，若线程数不够，则新建线程
  • Executors.newSingleThreadExecutor：创建单个线程数的线程池，它可以保证先进先出的执行顺序
  • Executors.newScheduledThreadPool：创建一个可以执行延迟任务的线程池
  • Executors.newSingleThreadScheduledExecutor：创建一个单线程的可以执行延迟任务的线程池
  • Executors.newWorkStealingPool：创建一个抢占式执行的线程池（任务执行顺序不确定,，JDK 1.8 添加
  • ThreadPoolExecutor：最原始的创建线程池的方式，它包含了 7 个参数可供设置，后面会详细讲

• 单线程池的意义从以上代码可以看出 newSingleThreadExecutor 和 newSingleThreadScheduledExecutor 创建的都是单线程池，那么单线程池的意义是什么
  • 虽然是单线程池，但提供了工作队列，生命周期管理，工作线程维护等功能

• ThreadPoolExecutor 参数介绍

  • public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                 int maximumPoolSize,
                long keepAliveTime,
                TimeUnit unit,
                BlockingQueue workQueue,
                ThreadFactory threadFactory,
                RejectedExecutionHandler handler) {
    // 省略…
    }

  • corePoolSize：核心线程数，线程池中始终存活的线程数

  • maximumPoolSize：最大线程数，线程池中允许的最大线程数，当线程池的任务队列满了之后可以创建的最大线程数

  • keepAliveTime：最大线程数可以存活的时间，当线程中没有任务执行时，最大线程就会销毁一部分，最终保持核心线程数量的线程

  • unit: 单位是和参数 3 存活时间配合使用的，合在一起用于设定线程的存活时间 ，参数 keepAliveTime 的时间单位有以下 7 种可选：

    • TimeUnit.DAYS：天
    • TimeUnit.HOURS：小时
    • TimeUnit.MINUTES：分
    • TimeUnit.SECONDS：秒
    • TimeUnit.MILLISECONDS：毫秒
    • TimeUnit.MICROSECONDS：微妙
    • TimeUnit.NANOSECONDS：纳秒

  • workQueue：一个阻塞队列，用来存储线程池等待执行的任务，均为线程安全，它包含以下 7 种类型：

    • ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列
    • LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列
    • SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列，即直接提交给线程不保持它们
    • PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列
    • DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素
    • LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列，与 SynchronousQueue 类似，还含有非阻塞方法
    • LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列
      较常用的是 LinkedBlockingQueue 和 Synchronous，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，默认为正常优先级、非守护线程

  • handler：拒绝策略，表示当队列满了并且工作线程大于等于线程池的最大线程数(maximumPoolSize)时如何拒绝，系统提供了 4 种可选：

    • AbortPolicy：拒绝并抛出异常
    • CallerRunsPolicy：使用当前调用的线程来执行此任务
    • DiscardOldestPolicy：抛弃队列头部(最旧)的一个任务，并执行当前任务
    • DiscardPolicy：忽略并抛弃当前任务
      默认策略为 AbortPolicy

• ThreadPoolExecutor 关键节点的执行流程如下：

Java 中线程池状态

• 线程池总共存在 5 种状态，定义在 ThreadPoolExecutor 类中，代码如下

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
}

• 线程池的5种状态具体如下
  • RUNNING：线程池创建之后的初始状态，这种状态下可以执行任务
  • SHUTDOWN：该状态下线程池不再接受新任务，但是会将工作队列中的任务执行完毕
  • STOP：该状态下线程池不再接受新任务，也不会处理工作队列中的剩余任务，并且将会中断所有工作线程
  • TIDYING：该状态下所有任务都已终止或者处理完成，将会执行 terminated() 钩子方法
  • TERMINATED：执行完 terminated() 钩子方法之后的状态。terminated 钩子方法在 Executor 终止时调用，默认实现不执行任何操作

• 线程池的状态转换规则为：
  • 线程池创建之后状态为 RUNNING
  • 执行线程池的 shutdown() 实例方法，会使线程池状态从 RUNNING 转变为 SHUTDOWN
  • 执行线程池的 shutdownNow() 实例方法，会使线程池状态从 RUNNING 转变为 STOP
  • 当线程池处于 SHUTDOWN 状态时，执行其 shutdownNow() 方法会将其状态转变为 STOP
  • 等待线程池的所有工作线程停止，工作队列清空之后，线程池状态会从 STOP 转变为 TIDYING
  • 执行完 terminated() 钩子方法之后，线程池状态从 TIDYING 转变为 TERMINATED