JUC并发编程基础之线程池和线程池参数

前言：

在面试过程中，我们可能会被面试官经常问到有关线程池和线程池参数的相关问题，如果对于这些问题，你的心中没有明确的答案，那么在看完本篇博客后，相信你将会有所收获！

1.1 为什么要用线程池？

• 降低资源消耗：提高线程利用率，降低创建和销毁线程的消耗
• 提高响应速度：任务来了，直接有线程可用可执行，而不是先创建线程再执行
• 提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，使用线程池可以统一分配调优监控

1.2 线程池参数的解释

1. corePoolSize

定义：corePoolSize 代表的是核心线程数，也就是正常情况下创建工作的线程数，这些线程创建后并不会消除，而是一种常驻线程

• 如果核心线程数等于0，则任务执行完成后，没有任务请求进入时，就会销毁线程池中的线程
• 如果核心线程数大于0，即使本地任务执行完毕，核心线程也不会被销毁

注意：核心线程数设置太大会浪费系统资源，设置过小导致线程频繁创建

2. maxmumPoolSize

定义：maxmumPoolSize代表的是最大线程数，它与核心线程数相对应，表示最大允许被创建的线程数

注意：比如当前任务较多，将核心线程都用完了，还无法满足需求时，此时就会创建新的线程，但是线程池内的线程总数不会超过最大线程数

3.keepAliveTime

定义：keepAliveTime 表示超出核心线程之外的线程空闲存活时间；

如果超出核心线程数的部分线程，空闲时间达到keepAliveTime值时 (可以通过使用setKeepAliveTime来设置空闲时间)，则线程会被销毁掉 (直到剩下核心线程数个线程为止)

注意：

• 默认情况下，线程池的最大线程数大于核心线程数时，keepAliveTime才会起到作用
• 如果allowCoreThreadTimeOut设置为true，即使线程池的最大线程数等于核心线程数，keepAliveTime也会起作用 (回收超时的核心线程)

4. TimeUnit

TimeUnit是keepAliveTime的时间单位

5. workQueue

定义：

workQueue表示缓存队列，用来存放待执行的任务；当请求任务数大于核心线程数时，线程进入阻塞队列 (BlockingQueue)

使用：

• 假设现在核心线程都已被使用，还有任务进来，则全部放入阻塞队列，直到整个队列被放满
• 如果任务还在持续进入，则会开始创建新的线程 (前提是阻塞队列虽满，但线程池内线程数未达到最大线程数)

6.threadFactory

定义：threadFactory实际上是一个线程工厂，用来生产同一个组内的线程来执行任务

作用：

• 主要用于设置生成的线程名称前缀，是否为守护线程以及优先级等

• 设置有意义的名称前缀有利于在进行虚拟机分析时，知道线程是由哪个线程工厂创建的

使用：

• 我们可以选择使用默认的创建工厂，产生的线程都在同一个组内，拥有相同的优先级，且都不是守护线程
• 当然我们也可以选择自定义线程工厂，一般我们会根据业务来指定不同的线程工厂

7.handler

定义：handler表示执行拒绝策略对象

作用：当任务缓存达到上限时 (即超过workQueue参数能存储的任务数) ，然后就执行拒绝策略，可以看做简单的限流保护

使用：分两种情况

• 第一种是当我们调用shutdown等的方法关闭线程池后，这时即使线程池内还有没执行完的任务正在执行，但是由于线程池已经关闭，我们在继续向线程池提交任务就会遭到拒绝
• 另一种情况就是当达到最大线程数时，线程池已经没有能力继续处理新提交的任务时，这时也就执行拒绝策略

1.3 四种拒绝策略

有四种拒绝策略：这些拒绝策略都是ThreadPoolExecutor (线程池执行器) 的方法

• AbortPolicy：丢弃任务，并抛出 RejectExecutionException (拒绝执行异常)

• CallerRunsPolicy：该任务被线程池拒绝，由调用execute方法的线程 (即提交任务的线程) 的处理该任务

• DiscardOldestPolicy：抛弃队列最前面的任务，然后重新提交被拒绝的任务

• DiscardPolicy：丢弃任务，不过不会抛出异常

总结：当线程池的任务缓存队列 (workQueue) 已满，并且线程池中的线程数目达到最大线程数 (maximumPoolSize) ，如果还有任务到来就会采取拒绝策略

1.4 线程池处理流程

• 当线程池中的线程数小于corePoolSize (核心线程数) 时，有新提交的任务时，会创建一个新线程执行任务，即使线程池中仍有空闲线程
• 当线程池中的线程数达到corePoolSize (核心线程数) 时，新提交的任务将被放在workQueue (缓存队列) 中，等待线程池中的任务执行完毕
• 当workQueue (缓存队列) 满了，并且maximumPoolSize (最大线程数) 大于corePoolSize (核心线程数) 时，新提交任务时，会创建新的线程 (临时线程) 来执行任务
• 当任务数超过maximumPoolSize (最大线程数) 时，新任务就交给RejectedExecutionHandler (拒绝执行处理器) 来处理 ，执行相应的拒绝策略
• 当线程池线程数量中超过corePoolSize (核心线程数) 时，并且空闲时间达到keepAliveTime (空闲线程生存时间) 时，会关闭空闲线程
• 当设置allowCoreThreadTimeOut (允许核心线程超时) 参数为true时，线程池中核心线程的空闲时间达到keepAliveTime设置的值时，也会关闭超时的核心线程

1.5 线程池中阻塞队列

1.线程池中阻塞队列的作用？

• 一般的队列只能保证一个有限长度的缓冲区，如果超出了缓存长度，就无法保留当前的任务了；而阻塞队列通过阻塞可以保留当前想要继续入队的任务
• 阻塞队列可以保证任务队列中没有任务时，阻塞获取任务的线程，使线程进入wait状态，释放CPU资源
• 阻塞队列自带阻塞和唤醒的功能，不需要额外处理；无任务执行时，线程池就利用阻塞队列的take方法挂起，从而维持核心线程的存活，不至于一直占用CPU资源

2.为什么是先添加队列而不是先创建最大线程

• 在创建新线程时，是要获取全局锁的，这时其他线程就得阻塞，影响了整体效率

就好比一个企业里有10个正式员工的名额 (相当于核心线程数为10) ，最多招收15个员工 (相当于最大核心线程数为15)，如果任务超过正式工人数 (即任务数大于核心线程数)，老板 (相当于线程池) 不是首先扩招员工 (即创建新线程)，而是将任务进行积压和推迟 (即先放到阻塞队列中去)；

让10个员工先将手头工作做完后，然后再去执行推迟的任务 (这样做成本相对低一些)，如果推迟的任务量超出了员工的处理能力范围 (即阻塞队列满了)，但是老板 (线程池) 发现还有5个招收员工的名额 (相当于最大线程数大于核心线程数)，因此老板开始招收临时工 (即创建临时线程) 来协助完成任务；

如果正式工加上临时工 (即核心线程加上临时线程) 还是无法完成任务，但是老板 (线程池) 发现公司已经没有资金再招收新员工了 (即阻塞队列已满并且线程池内线程数超过最大线程数)，那么老板会拒绝接收新的任务 (即线程池执行拒绝策略)

1.6 为什么要禁止使用Executors创建线程池

• 因为Executors (执行器) 有newCachedThreadPool (创建可缓存线程池) 和newSingleThreadScheduledExecutor (创建定时单线程执行器) 这两个方法，它们的最大线程数为Integer.MAX_VALUE；如果达到上限，没有任务服务器可以继续工作，肯定会抛出OOM (OutOfMemoryExecution，内存泄露或溢出) 异常

//创建缓存线程池
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L,                      TimeUnit.SECONDS,ew SynchronousQueue<Runnable>());
}

//创建定时单线程执行器
public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
    return new DelegatedScheduledExecutorService
        (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
}

• Executors (执行器) 还有另外两个方法：newSingleThreadExecutor (创建单线程执行器) 方法 和 newFixedThreadPool (创建定长线程池) 方法，它们的WorkQueue (工作队列>) 参数为new LinkedBlockingQueue () (LinkedBlockingQueue是用链表实现的有界阻塞队列) ，容量为Integer.MAX_VALUE，如果瞬间请求非常大，会有OOM (内存泄露) 风险

//创建单线程执行器
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    //new LinkedBlockingQueue()表示workQueue参数
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

//创建定长线程池
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L,                   TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

//LinkedBlockingQueue(链表有界阻塞队列)的无参构造
public LinkedBlockingQueue() {
    //最大线程数是：Integer.MAX_VALUE
    this(Integer.MAX_VALUE);
}
//LinkedBlockingQueue的有参构造(参数为整型的capacity(容量)
public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
    //如果容量小于等于0.就抛出一个IllegalArgumentException(传递不正确参数异常)
    if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
    this.capacity = capacity;
    //创建新节点，头尾值相等
    last = head = new Node<E>(null);
}

注意：

• IllegalArgumentException：此异常表明向方法传递了一个不合法或者不正确的参数
• 以上五个核心方法newWorkStealingPool (创建工作窃取线程池) 之外，其它方法都有OOM风险
• newWorkStealingPool：一个拥有多个任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可用的CPU数量的线程来并发执行

1.7 线程池中线程复用原理

• 线程池将线程和任务进行解耦，线程是线程，任务是任务，摆脱了之前通过Thread创建线程时，一个线程必须对应一个任务的限制
• 在线程池中，同一个线程可以从阻塞队列中不断获取新任务来执行
• 其核心原理在于，线程池对Thread进行了一个封装，并不是每次执行任务都会调用Thread.start()来创建新线程，而是让每个线程去执行一个“循环任务”
• 在这个“循环任务”中不停检查是否有任务需要被执行；如果有则直接执行，也就是调用任务中的run方法，将run方法当成一个普通的方法执行，通过这种方式只使用固定的线程就将所有任务的run方法串联起来

---

好了，今天有关线程池和线程池参数的学习就到此结束了，欢迎大家学习和讨论！

---

参考视频链接：
https://www.bilibili.com/video/BV1Eb4y1R7zd (B站UP主程序员Mokey的Java面试100道)