Java线程池

系统启动一个新线程的成本是比较高的，因为它涉及与操作系统的交互。在这种情形下，使用线程池可以很好的提高系统的性能，尤其是当程序中需要创建大量生存期很短暂的线程池时，更应该考虑使用线程池。

与数据库连接池类似的是，线程池在系统启动时即创建大量的空闲线程，程序将一个Runnable对象或Callable对象传给线程池，线程池就会启动一个空闲线程来执行它们的run()或call()方法，当run()或call()方法执行结束之后，该线程并不会死亡，而是再次返回线程池中成为空闲状态，等待执行下一个Runnable对象的run()或call()方法。

除此之外，使用线程池可以有效的控制系统中并发线程的数量，当系统中包含大量并发线程时，会导致系统性能剧烈下降，甚至导致JVM崩溃，而线程池的最大线程数参数可以控制系统中并发线程数不超过次数。

Java8改进的线程池

在Java5以前，开发者必须手动实现自己的线程池；从Java5开始，Java内建支持线程池。Java5新增了一个Executors工厂类来产生线程池，该工厂类包含如下几个静态工厂方法来创建线程池：

• newCachedThreadPool()：创建一个具有缓存功能的线程池，系统根据需要创建线程，这些线程将会被缓存在线程池中。
• newFixedThreadExecutor(int nThreads)：创建一个可重用的、具有固定线程数的线程池。
• newSingleThreadExecutor()：创建一个只有单线程的线程池，它相当于调用newFixedThreadPool()方法时传入参数为1。
• newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：创建具有指定线程数的线程池，它可以在指定延迟后执行线程任务。corePoolSize指池中所保存的线程数，即使线程是空闲的也被保存在线程池内。
• newSingleThreadScheduledExecutor()：创建只有一个线程的线程池，它可以在指定延迟后执行线程任务。
• ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism)：创建持有足够的线程的线程池来支持给定的并行级别，该方法还会使用多个队列来减少竞争。
• ExecutorService newWorkStealingPool()：该方法是前一个方法的简化版。如果当前机器有4个CPU，则目标并行级别被设置为4，也就是相当于为前一个方法传入4作为参数。

前三个方法返回一个ExecutorService对象，该对象代表一个线程池，它可以执行Runnable对象或Callable对象所代表的线程；而中间两个方法返回一个ScheduledExecutorService线程池，它是ExecutorService的子类，它可以在指定延迟后执行线程任务；最后两个方法是Java8新增的，这两个方法可以利用多CPU并行的能力。这两个方法生成work stealing池，都相当于后台线程池，如果所有前台线程都死亡了，work stealing池中的线程会自动死亡。

即使是普通用户使用的电脑也都是多核CPU，因此Java8在线程支持上也增加了利用多CPU并行的能力，这样可以更好的发挥底层硬件的性能。

ExecutorService代表尽快执行线程的线程池（只要线程池中有空闲线程，就立即执行线程任务），程序只需要将一个Runnable对象或Callable对象提交给该线程池，该线程池就会尽快执行该任务。ExecutorService提供了如下三个方法。

• Future submit(Runnable task)：将一个Runnable对象提交给指定的线程池，线程池将会在有空闲线程时执行Runnable对象代表的任务。其中Future对象代表Runnable任务的返回值——但run()方法没有返回值，所以Future对象将在run()方法执行结束后返回null。但可以调用Future的isDone()、isCallable()方法获取Runnable对象的执行状态。
• Future submit(Runnable task, T result)：将一个Runnable对象提交给指定的线程池，线程池将会在有空闲线程时执行Runnable对象代表的任务。其中result显示指定线程执行结束后的返回值，所以Future对象将在run()方法结束后返回result。
• Future submit(Callable task)：将一个Callable对象提交给指定的线程池，线程池将在有空闲线程时执行Callable对象代表的任务。其中Future代表Callable对象里call()方法的返回值。

ScheduledExecutorService代表可在指定延迟后或周期性地执行线程任务的线程池，它提供了以下四个方法：

• ScheduledFuture schedule(Callablecallable, long delay, TimeUnit unit)：指定callable任务将在delay延迟后执行。
• ScheduledFuture schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)： 指定command任务将在delay延迟后执行。
• ScheduledFuture scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit)：创建并执行一个在给定初始延迟后执行，而且以设定频率重复执行。也就是说，在initialDelay后开始执行，依次在initialDelay + period、initialDelay + 2*period...处重复执行，依次类推。
• ScheduledFuture scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay, TimeUnit unit)：创建并执行一个给定初始延迟后首次启用的定期操作，随后在每一次执行终止和下一次执行开始之间都存在指定的延迟。如果任务在任一次执行时遇到异常，就会取消后续执行；否则，只能通过程序来显式取消或终止该任务。

用完一个线程池后，应该调用该线程池的shutdown()方法，该方法将启动线程池的关闭序列，调用shutdown()方法后的线程池不再接收新任务，但会将以前所有已提交的任务执行完成。当线程池中的所有任务都执行完成后，池中的所有线程都会死亡；另外也可以调用线程池的shutdownNow()方法来关闭线程池，该方法试图停止所有正在执行的活动任务，暂停处理正在等待的任务，并返回等待执行的任务列表。

使用线程池来执行线程任务的步骤如下：

1. 调用Executors类的静态工厂方法创建一个ExecutorService对象，该对象代表一个线程池。
2. 创建Runnable实现类或Callable实现类的实例，作为线程执行任务。
3. 调用ExecutorService对象的submit()方法来提交Runnable实例或Callable实例。
4. 当不想提交任何任务时，调用ExecutorService对象的shutdown()方法来关闭线程池。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //Creating a thread pool with fixed capacity of 6.
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(6);
        //Creating Runnable object by Lambda expr.
        Runnable target = () ->{
            for(int i=0;i<100;i++){
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "'s i is " + i);
            }
        };
        //Submit two threads to thread pool.
        pool.submit(target);
        pool.submit(target);
        //Close thread pool.
        pool.shutdown();
    }
}

Java8增强的ForkJoinPool

为了充分利用多CPU、多核CPU的优势，可以考虑把一个任务拆分成多个“小任务”，把多个“小任务”放到多个处理器核心上并行执行：当多个小任务执行完成后，再将这些结果合并起来即可。

Java7提供了ForkJoinPool来支持将一个任务拆分成多个“小任务”并行计算，再将多个“小任务”的结果合并成总的计算结果。ForkJoinPool是ExecutorService的实现类，因此是一种特殊的线程池。ForkJoinPool提供了如下两个常用的构造器：

• ForkJoinPool(int parallelism)：创建一个包含parallelism个并行线程的ForkJoinPool。
• ForkJoinPool()：以Runnable.availableProcessors()方法的返回值作为parallelism参数来创建ForkJoinPool。
  Java8进一步扩展了ForkJoinPool的功能，Java8为ForkJoinPool增加了通用池的功能。ForkJoinPool类通过如下两个静态方法提供通用池的功能。
• ForkJoinPool commandPool()：该方法返回一个通用池，通用池的运行状态不会受shutdown()或shutdownNow()方法的影响。当然如果程序直接执行System.exit(0)来终止虚拟机，通用池以及通用池中正在执行的任务都会被自动终止。
• int getCommonPoolParallelism()：该方法返回通用池的并行级别。

创建了ForkJoinPool实例之后，就可以调用ForkJoinPool的submot(ForkJoinPool task)或invoke(ForkJoinPool task)方法来执行指定的任务了。其中ForkJoinPool代表一个可以并行、合并的任务。ForkJoinTask是一个抽象类，它还有两个抽象子类：RecursiveAction和RecursiveTask。其中RecursiveTask代表有返回值的任务，而RecursiveAction代表没有返回值的任务。