Java线程池详解

一. 为什么要用线程池

1、创建/销毁线程需要消耗系统资源，线程池可以复用已创建的线程。
2、控制并发的数量。并发数量过多，可能会导致资源消耗过多，从而造成服务器崩溃。（主要原因）可以对线程做统一管理。

二. 线程池使用

在JDK中rt.jar包下JUC(java.util.concurrent)创建线程池有两种方式：ThreadPoolExecutor 和 Executors，其中 Executors又可以创建 6 种不同的线程池类型。
 

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }

1. 参数含义

corePoolSize：
核心线程数量，当有新任务在execute()方法提交时，会执行以下判断：如果运行的线程少于 corePoolSize，则创建新线程来处理任务，即使线程池中的其他线程是空闲的；如果线程池中的线程数量大于等于 corePoolSize 且小于 maximumPoolSize，则只有当workQueue满时才创建新的线程去处理任务；
如果设置的corePoolSize 和 maximumPoolSize相同，则创建的线程池的大小是固定的，这时如果有新任务提交，若workQueue未满，则将请求放入workQueue中，等待有空闲的线程去从workQueue中取任务并处理；
如果运行的线程数量大于等于maximumPoolSize，这时如果workQueue已经满了，则通过handler所指定的策略来处理任务；
所以，任务提交时，判断的顺序为 corePoolSize –> workQueue –> maximumPoolSize。

maximumPoolSize：
最大线程数量。

keepAliveTime：
线程池维护线程所允许的空闲时间。当线程池中的线程数量大于corePoolSize的时候，如果这时没有新的任务提交，核心线程外的线程不会立即销毁，而是会等待，直到等待的时间超过了keepAliveTime。

unit：
时间单位。

workQueue：
等待队列，当任务提交时，如果线程池中的线程数量大于等于corePoolSize的时候，把该任务封装成一个Worker对象放入等待队列。

threadFactory：
它是ThreadFactory类型的变量，用来创建新线程。默认使用Executors.defaultThreadFactory() 来创建线程。使用默认的ThreadFactory来创建线程时，会使新创建的线程具有相同的NORM_PRIORITY优先级并且是非守护线程，同时也设置了线程的名称。

handler：
它是RejectedExecutionHandler类型的变量，表示线程池的饱和策略。如果阻塞队列满了并且没有空闲的线程，这时如果继续提交任务，就需要采取一种策略处理该任务。线程池提供了4种策略：

AbortPolicy：直接抛出异常，这是默认策略；
CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来执行任务；
DiscardOldestPolicy：丢弃阻塞队列中靠最前的任务，并执行当前任务；
DiscardPolicy：直接丢弃任务；

2. 执行流程

在执行execute()方法时如果状态一直是RUNNING时，的执行过程如下：

1、如果workerCount < corePoolSize，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务；
2、如果workerCount >= corePoolSize，且线程池内的阻塞队列未满，则将任务添加到该阻塞队列中；
3、如果workerCount >= corePoolSize && workerCount < maximumPoolSize，且线程池内的阻塞队列已满，则创建并启动一个线程来执行新提交的任务；
4、如果workerCount >= maximumPoolSize，并且线程池内的阻塞队列已满, 则根据拒绝策略来处理该任务, 默认的处理方式是直接抛异常。
这里要注意一下addWorker(null, false)也就是创建一个线程，但并没有传入任务，因为任务已经被添加到workQueue中了，所以worker在执行的时候，会直接从workQueue中获取任务。所以，在 workerCountOf(recheck) == 0 时执行 addWorker(null, false) 也是为了保证线程池在RUNNING状态下必须要有一个线程来执行任务。

3. 参数设置

线程池合理设置最大线程数和核心线程数
1、CPU密集型
CPU密集型也叫计算密集型，指的是系统的硬盘、内存性能相对CPU要好很多，此时，系统运作大部分的状况是CPU Loading 100%，CPU要读/写I/O(硬盘/内存)，I/O在很短的时间就可以完成，而CPU还有许多运算要处理，CPU Loading很高。

CPU密集的意思是该任务需要大量的运算，而没有阻塞，CPU一直全速运行。CPU密集任务只有在真正的多核CPU上才可能得到加速（通过多线程），而在单核CPU上，无论你开几个模拟的多线程该任务都不可能得到加速，因为CPU总的运算能力就那些。

CPU 使用率较高（例如:计算一些复杂的运算，逻辑处理等情况）非常多的情况下，线程数一般只需要设置为CPU核心数的线程个数就可以了。 这一类型多出现在开发中的一些业务复杂计算和逻辑处理过程中。

2、IO密集型
IO密集型指的是系统的CPU性能相对硬盘、内存要好很多，此时，系统运作，大部分的状况是CPU在等I/O (硬盘/内存) 的读/写操作，此时CPU Loading并不高。I/O bound的程序一般在达到性能极限时，CPU占用率仍然较低。这可能是因为任务本身需要大量I/O操作，而pipeline做得不是很好，没有充分利用处理器能力。

CPU 使用率较低，程序中会存在大量的 I/O 操作占用时间，导致线程空余时间很多，所以通常就需要开CPU核心数两倍的线程。当线程进行 I/O 操作 CPU 空闲时，启用其他线程继续使用 CPU，以提高 CPU 的使用率。例如：数据库交互，文件上传下载，网络传输等。

线程等待时间所占比例越高，需要越多线程，启用其他线程继续使用CPU，以此提高CPU的利用率；线程 CPU 时间所占比例越高，需要越少的线程，这一类型在开发中主要出现在一些计算业务频繁的逻辑中。

总结：

简而言之，

CPU密集型 可以理解为 就是处理繁杂算法的操作，对硬盘等操作不是很频繁，比如一个算法非常之复杂，可能要处理半天，而最终插入到数据库的时间很快。

IO密集型可以理解为简单的业务逻辑处理，比如计算1+1=2，但是要处理的数据很多，每一条都要去插入数据库，对数据库频繁操作。

核心线程：

CPU密集型：核心线程数=CPU核心数(或 核心线程数=CPU核心数+1)。
I/O密集型：核心线程数=CPU核心数*2（或 核心线程数=CPU核心数/（1-阻塞系数))。

注：IO密集型（某大厂实践经验）

   核心线程数 = CPU核数 / （1-阻塞系数）     例如阻塞系数 0.8，CPU核数为4

   则核心线程数为20

注：阻塞系数公式

Blocking Coefficient(阻塞系数) = 阻塞时间／（阻塞时间+使用CPU的时间）

最大线程：

最大线程数是指线程池中允许的最大线程数，当任务到达时，如果线程池中的线程数量小于最大线程数，那么会创建新的线程执行任务。一般情况下，最大线程数的设置应该根据实际情况来确定，如果线程池中的线程数量经常超过核心线程数，那么可以适当增加最大线程数，但是要注意不要过大，否则可能会导致系统资源耗尽。