【多线程】 —— 线程池

1、什么是线程池，线程池有哪些（创建）

线程池就是事先将多个线程对象放到一个容器中，当使用的时候就不用 new 线程而是
直接去池中拿线程即可，节省了开辟子线程的时间，提高的代码执行效率。

在JDK的java.uti.concurrent./executors类中提供了生成多种不同线程池的静态方法

ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);
ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool =
Executors.newScheduledThreadPool(4);
ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

然后调用他们的 execute 方法即可。
这 4 种线程池底层 全部是 ThreadPoolExecutor 对象的实现，阿里规范手册中规定线
程池采用 ThreadPoolExecutor 自定义的，实际开发也是。

(1) newCachedThreadPool

创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若
无可回收，则新建线程。这种类型的线程池特点是：
工作线程的创建数量几乎没有限制(其实也有限制的,数目为 Interger.
MAX_VALUE), 这样可灵活的往线程池中添加线程。
如果长时间没有往线程池中提交任务，即如果工作线程空闲了指定的时间(默认为
1 分钟)，则该工作线程将自动终止。终止后，如果你又提交了新的任务，则线程
池重新创建一个工作线程。
在使用 CachedThreadPool 时，一定要注意控制任务的数量，否则，由于大量线程
同时运行，很有会造成系统瘫痪。

(2) newFixedThreadPool

创建一个指定工作线程数量的线程池。每当提交一个任务就创建一个工作线程，如
果工作线程数量达到线程池初始的最大数，则将提交的任务存入到池队列中。
FixedThreadPool 是一个典型且优秀的线程池，它具有线程池提高程序效率和节省
创建线程时所耗的开销的优点。但是，在线程池空闲时，即线程池中没有可运行任
务时，它不会释放工作线程，还会占用一定的系统资源。

(3) newSingleThreadExecutor

创建一个单线程化的 Executor，即只创建唯一的工作者线程来执行任务，它只会
用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)
执行。如果这个线程异常结束，会有另一个取代它，保证顺序执行。单工作线程最
大的特点是可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是
活动的。

(4) newScheduleThreadPool

创建一个定长的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务执行。例如延迟 3 秒
执行。

2、为什么要使用线程池？

(1) 线程池做的工作主要是控制运行的线程数量，处理过程中将任务放入队列，然
后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最 大数量，超出数量的线程排队
等候，等其它线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。

(2) 主要特点:线程复用;控制最大并发数:管理线程。
第一: 降低资源消耗。通过重复利用己创建的线程降低线程创建和销毁造成的消
耗。
第二: 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执
行。
第三: 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系
统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进 行统一的分配，调优和监控

3、线程池底层工作原理

• (1) 第一步：线程池刚创建的时候，里面没有任何线程，等到有任务过来的时候才会
  创建线程。当然也可以调用 prestartAllCoreThreads() 或
  者 prestartCoreThread() 方法预创建 corePoolSize 个线程
• (2) 第二步：调用 execute()提交一个任务时，如果当前的工作线程数
  
• (3) 第三步：如果当时工作线程数量>=corePoolSize，会将任务放入任务队列中缓存
• (4) 第四步：如果队列已满，并且线程池中工作线程的数量 会创建线程执行这个任务
• (5) 第五步：如果队列已满，并且线程池中的线程已达到 maximumPoolSize，这个时
  候会执行拒绝策略，JAVA 线程池默认的策略是 AbortPolicy，即抛出
  RejectedExecutionException 异常

4、ThreadPoolExecutor 对象有哪些参数？ 怎么设定核心线程数和最大线程数？ 拒绝策略有哪些？

首先我们都知道有7个参数：

1) corePoolSize：核心线程数，

在 ThreadPoolExecutor 中有一个与它相关的配置：allowCoreThreadTimeOut（默
认为 false），当 allowCoreThreadTimeOut 为 false 时，核心线程会一直存活，
哪怕是一直空闲着。而当 allowCoreThreadTimeOut 为 true 时核心线程空闲时间
超过 keepAliveTime 时会被回收。

(2) maximumPoolSize：最大线程数

线程池能容纳的最大线程数，当线程池中的线程达到最大时，此时添加任务将会采
用拒绝策略，默认的拒绝策略是抛出一个运行时错误
（RejectedExecutionException）。值得一提的是，当初始化时用的工作队列为
LinkedBlockingDeque 时，这个值将无效。

(3) keepAliveTime：存活时间，

当非核心空闲超过这个时间将被回收，同时空闲核心线程是否回收受
allowCoreThreadTimeOut 影响。

(4) unit：keepAliveTime 的单位。

(5) workQueue：任务队列

常用有三种队列，即 SynchronousQueue,LinkedBlockingDeque（无界队
列）,ArrayBlockingQueue（有界队列）。

(6) threadFactory：线程工厂，

ThreadFactory 是一个接口，用来创建 worker。通过线程工厂可以对线程的一些属
性进行定制。默认直接新建线程。

(7) RejectedExecutionHandler：拒绝策略

也是一个接口，只有一个方法，当线程池中的资源已经全部使用，添加新线程被拒
绝时，会调用 RejectedExecutionHandler 的 rejectedExecution 法。默认是抛出一
个运行时异常。

线程池大小设置

线程池大小设置：

1. 需要分析线程池执行的任务的特性： CPU 密集型还是 IO 密集型
2. 每个任务执行的平均时长大概是多少，这个任务的执行时长可能还跟任务处理
   逻辑是否涉及到网络传输以及底层系统资源依赖有关系

如果是 CPU 密集型，主要是执行计算任务，响应时间很快，cpu 一直在运行，这
种任务 cpu 的利用率很高，那么线程数的配置应该根据 CPU 核心数来决定，CPU
核心数=最大同时执行线程数，加入 CPU 核心数为 4，那么服务器最多能同时执行
4 个线程。过多的线程会导致上下文切换反而使得效率降低。那线程池的最大线程
数可以配置为 cpu 核心数+1 ;

如果是 IO 密集型，主要是进行 IO 操作，执行 IO 操
作的时间较长，这是 cpu 出于空闲状态，导致 cpu 的利用率不高，这种情况下可
以增加线程池的大小。这种情况下可以结合线程的等待时长来做判断，等待时间越
高，那么线程数也相对越多。一般可以配置 cpu 核心数的 2 倍。

一个公式：线程池设定最佳线程数目 = （（线程池设定的线程等待时间+线程
CPU 时间）/
线程 CPU 时间 ）* CPU 数目
这个公式的线程 cpu 时间是预估的程序单个线程在 cpu 上运行的时间（通常使用
loadrunner 测试大量运行次数求出平均值）

拒绝策略

1. AbortPolicy：直接抛出异常，默认策略；
2. CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来执行任务；
3. DiscardOldestPolicy：丢弃阻塞队列中靠最前的任务，并执行当前任务；
4. DiscardPolicy：直接丢弃任务；当然也可以根据应用场景实现
   RejectedExecutionHandler 接口，自定义饱和策略，如记录日志或持久化存储不能处
   理的任务

5、常见的线程安全的并发容器有哪些？

 CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet、ConcurrentHashMap
 CopyOnWriteArrayList、CopyOnWriteArraySet 采用写时复制实现线程安全
 ConcurrentHashMap 采用分段锁的方式实现线程安全

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还可参考以下文章：
1、Java线程池7个参数详解

2、线程池