Java 线程池

1. 线程池的优点

线程池的优点可以概况为以下三点：

1. 重用线程池中的线程，避免因线程的创建和销毁，所带来的性能开销。

2. 能有效控制线程池的最大并发数，避免大量的线程之间因互相抢占系统资源而导致的阻塞现象。

3. 能够对线程进行简单的管理，并提供定时执行，以及指定间隔循环执行等功能。

2. ThreadPoolExecutor（线程池的真正实现）

Android 中的线程池的概念来源于 Java 中的 Executor。

Executor 是一个接口，真正的线程池的实现是 ThreadPoolExecutor。

ThreadPoolExecutor 提供了一系列的参数来配置线程池。通过不同的参数可以创建不同的线程池。

Android 中的线程池都是直接或间接地通过配置 ThreadPoolExecutor 来实现的。

如上图所示，ThreadPoolExecutor 提供了四个构造方法，但最终都是通过调用如下构造方法实现的：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                          BlockingQueue workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) 

2.1 ThreadPoolExecutor 构造方法的参数

2.1.1 corePoolSize

线程池的核心线程数。

默认情况下，核心线程会在线程池中一直存活（即使核心线程处于空闲状态）。

但是，如果将 ThreadPoolExecutor 的 allowCoreThreadTimeout 属性设置为 true，那么空闲的核心线程在等待新任务到来时会有超时策略。

这个超时时长由参数 keepAliveTime 指定。即：等待时间超过 keepAliveTime 时，空闲的核心线程就会被终止。

2.1.2 maximumPoolSize

线程池所能容纳的最大线程数。

maximunPoolSize - corePoolSize = 最大的非核心线程数

当 活动线程数 达到 maximumPoolSize 后，后续的新任务将会被阻塞。

2.1.3 keepAliveTime

非核心线程空闲时的超时时长。即：空闲的时间超过 keepAliveTime 时，非核心线程就会被回收。

当 ThreadPoolExecutor 的 allowCoreThreadTimeout 属性设置为 true 时，keepAliveTime 同样作用于核心线程。

2.1.4 unit

用于指定 keepAliveTime 参数的时间单位。可以是如下几个枚举值：

1. TimeUnit.MILLISECONDS：毫秒
2. TimeUnit.SECONDS：秒
3. TimeUnit.MINUTES：分
4. …

2.1.5 workQueue

线程池中的任务队列。

通过线程池的 execute 方法提供的 Runnable 对象会存放在任务队列中。

2.1.6 threadFactory

线程工厂，为线程池提供 创建新线程 的功能。

ThreadFactory 是一个接口，它只提供一个方法：Thread newThread(Runnable r)。

默认值为 Executors.defaultThreadFactory()，即 Executors.DefaultThreadFactory 实例对象。

2.1.7 rejectedExecutionHandler

当线程池无法执行新任务时，这可能是由于任务队列已满，或者是无法成功执行任务。这个时候 ThreadPoolExecutor 会调用 RejectedExecutionHandler 的 rejectedExecution 方法。

ThreadPoolExecutor 为 RejectedExecutionHandler 提供了几个可选的实现类：

1. AbortPolicy：默认值。重写 rejectedExecution 方法，抛出 RejectExecutionException 异常。

2. CallerRunsPolicy

3. DiscardPolicy

4. DiscardOldestPolicy

2.1.8 示例：AsyncTask 中的 ThreadPoolExecutor 参数配置

// CPU 核心数
private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
// 核心线程数 = CPU 核心数 + 1
private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;
// 最大线程数 = CPU 核心数 x 2 + 1
private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;

private static final int KEEP_ALIVE = 1;

// 任务队列的容量为 128
private static final BlockingQueue sPoolWorkQueue = new LinkedBlockingQueue(128);

private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
    private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);
    public Thread newThread(Runnable r) {
        return new Thread(r, "AsyncTask #" + mCount.getAndIncrement());
    }
};

// 核心线程无超时机制
public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR 
        = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE,
                                 KEEP_ALIVE, TimeUnit.SECONDS, // 非核心线程的空闲超时时长为 1s。
                                 sPoolWorkQueue, 
                                 sThreadFactory);

2.2 ThreadPoolExecutor 执行任务时的规则

ThreadPoolExecutor 执行任务时大致遵循如下规则：

1. 如果线程池中的线程数量未达到核心线程的数量，那么会直接启动一个核心线程来执行任务。

2. 如果线程池中的线程数量已经达到或者超过核心线程的数量，那么任务会被插入到任务队列中排队等待执行。

3. 如果在步骤 2 中无法将任务插入到任务队列中，这往往是由于任务队列已满。此时，如果线程数量未达到线程池的最大线程数，那么会立即启动一个非核心线程来执行任务。

4. 如果步骤 3 中线程数量已经达到了线程池的最大线程数，那么就拒绝执行任务。此时，ThreadPoolExecutor 会调用 RejectedExecutionHandler 的 rejectedExecution 方法来通知调用者。

3. 线程池的分类

从线程池的功能特性上来说，Android 的线程池主要分为 4 类：

1. FixedThreadPool
2. CachedThreadPool
3. ScheduledThreadPool
4. SingleThreadExecutor

这四类线程池可以通过工具类 Executors 所提供的工厂方法来获取。

3.1 FixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue());
}

说明：

1. 线程池中只存在固定数量的核心线程。
2. 核心线程没有设置超时机制，所以空闲的核心线程会一直存在，除非线程池被关闭了。
3. 不存在非核心线程，所以没必要设置空闲超时时长 keepAliveTime。（即 keepAliveTime 置为 0 即可）
4. 任务队列没有容量限制，所以当线程池中执行的核心线程数已满时，总是会将提交的任务放入任务队列中。

由于 FixedThreadPool 只有核心线程，且空闲的核心线程不会被回收，所以 FixedThreadPool 能够更加快速地响应外界的请求。

3.2 CachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue());
}

说明：

1. 不存在核心线程，且没有限制最大线程数，这意味着线程池中的非核心线程数没有限制。
2. 非核心线程的空闲超时时长为 60s。
3. 任务队列采用 SynchronousQueue，SynchronousQueue 的特点是无法存储元素。这意味着新提交的任务总是会被立即执行，而不会放入到任务队列中排队等待。

CacheThreadPool 比较适合执行大量的耗时较少的任务。

当整个线程池都处于空闲状态时，线程池中的线程（只存在非核心线程）都会因空闲超时而被停止，此时，CacheThreadPool 中实际上是没有任何线程的，即 CacheThreadPool 几乎不占用任何系统资源。

3.3 ScheduledThreadPool

/* Executors.java */
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

/* ScheduledThreadPoolExecutor.java */
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    // supre 就是 ThreadPoolExecutor
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
          DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

private static final long DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS = 10L;

说明：

1. 限制了核心线程数为传入的参数 corePoolSize。
2. 最大线程数没有限制，也就意味着没有限制非核心线程数。
3. 非核心线程的空闲超时时长为 10ms，10ms 很短，也就意味着空闲的非核心线程会立即被回收。

ScheduledThreadPool 主要用于执行定时任务，以及具体固定周期的重复任务。

3.4 SingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue()));
}

说明：

1. 线程池中只有一个核心线程，没有非核心线程。
2. 任务队列的容量无限制。

SingleThreadExecutor 可以确保所有的任务都在同一个线程中按提交的顺序执行。使得这些任务之间不需要处理线程同步的问题。