谈谈Java 线程池
一、引言
池的概念大家并不陌生，数据库连接池、线程池等...大体来说，有三个优点：
- 降低资源消耗。
- 提高响应速度。
- 便于统一管理。
以上是“池化”技术的相同特点，至于他们之间的不同点这里不讲，两者都是为了提高性能和效率，抛开实际做连连看找不同，没有意义。
同样，类比于线程池来说：
- 降低资源消耗：
重复利用线程池中已经创建的线程，相比之下省去了线程创建和销毁的性能消耗。
- 提高响应速度：
当有任务创建时，不必等待线程创建，可以立即执行。
- 便于统一管理：
使用线程池，可以对线程统一管理，对线程的执行状态做统一监控。
二、线程池的使用
publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize, intmaximumPoolSize, longkeepAliveTime, TimeUnitunit, BlockingQueueworkQueue, ThreadFactorythreadFactory, RejectedExecutionHandlerhandler);
1、关键参数
- corePoolSize核心线程数
当向线程池中提交一个任务时，如果线程池中的线程数量小于核心线程数，即使存在空闲线程，也会新建一个线程来执行当前任务，直到线程数量大于或等于核心线程数。
- maximunPoolSize最大线程数
当任务队列满了，线程池中的线程数量小于最大线程数时，创建新线程执行任务。对于无界队列，忽略该参数。
- keepAliveTime线程存活时间
大于核心线程数的那一部分线程的存活时间，如果这部分线程空闲超过这段时间，则进行销毁。
- workqueue任务队列
线程池中的线程数大于核心线程数时，将任务放入此队列等待执行。
- threadFactory线程工厂
用于创建线程，工厂使用newThrea()的方式创建线程，并为每个线程做统一规则的命名：pool-m-thread-n（m为线程池的编号，n为线程池内的线程编号）。
- handler饱和策略
当线程池和队列都满了，则根据此策略处理任务。
2、任务队列类型
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| ArrayBlockingQueue | 基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。 |
| LinkedBlockingQueue | 基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。 |
| SynchronousQueue | 不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool()使用了这个队列。 |
| PriorityBlockingQueue | 具有优先级的无限阻塞队列。 |
3、饱和策略类型
| 策略名称 | 特性 |
|---|---|
| AbortPolicy | 默认的饱和策略，直接抛出 RejectedExecutionException 异常 |
| DiscardPolicy | 不处理，直接丢弃任务 |
| CallerRunsPolicy | 使用调用者的线程执行任务 |
| DiscardOldestPolicy | 丢弃队列里最近的一个任务，执行当前任务 |
同时，还可以自行实现RejectedExecutionHandler接口来自定义饱和策略，比如记录日志、持久化等等。
voidexecute(Runnablecommand)
ThreadFactorynamedThreadFactory=
newThreadFactoryBuilder().setNameFormat("demo-pool-%d").build();
ExecutorServiceexecutor=
newThreadPoolExecutor(
10,
1000,
60L,
TimeUnit.SECONDS,
newLinkedBlockingQueue<>(10),
namedThreadFactory,
newThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
executor.execute(
()->{
System.out.println(1111);
});
注意使用execute方法提交任务时，没有返回值。
Futuresubmit(Runnabletask)
Futurefuture=executor.submit(()->{ return1+1; }); Integerresult=future.get();
还可以使用submit方法提交任务，该方法返回一个Future对象，通过Future#get()方法可以获得任务的返回值，该方法会一直阻塞知道任务执行完毕。还可以使用Future#get(longtimeout,TimeUnitunit)方法，该方法会阻塞一段时间后立即返回，而这时任务可能没有执行完毕。
5、关闭线程池
ThreadPoolExecutor提供了shutdown()和shutdownNow()两个方法关闭线程池。原理是首先遍历线程池的工作线程，依次调用interrupt()方法中断线程，这样看来如果无法响应中断的任务就不能终止。
两者区别是：
shutdownNow()
shutdown()
如果调用了其中一种方法，isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后,才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true。实际应用中可以根据任务是否一定要执行完毕的特性，决定使用哪种方法关闭线程池。
6、合理的配置线程池
通常我们可以根据CPU核心数量来设计线程池数量。
可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的物理核心数量。值得注意的是，如果应用运行在一些docker或虚拟机容器上时，该方法取得的是当前物理机的CPU核心数。
- IO密集型2nCPU
- 计算密集型nCPU+1
其中n为CPU核心数量。
为什么加1：即使当计算密集型的线程偶尔由于缺失故障或者其他原因而暂停时，这个额外的线程也能确保CPU的时钟周期不会被浪费。
三、线程池的运行过程
当提交一个新任务时，线程池的处理步骤：
- 判断当前线程池内的线程数量是否小于核心线程数，如果小于则新建线程执行任务。否则，进入下个阶段。
- 判断队列是否已满，如果没满，则将任务加入等待队列。否则，进入下个阶段。
- 在上面基础上判断是否大于最大线程数，如果是根据响应的策略处理。否则，新建线程执行当前任务。
线程池的源码比较简单易懂，感兴趣的小伙伴可以自行查看java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，在线程池中每个任务都被包装为一个一个的Worker，下面简单看下Worker的run()方法：
try{
while(task!=null||(task=getTask())!=null){
w.lock();
//Ifpoolisstopping,ensurethreadisinterrupted;
//ifnot,ensurethreadisnotinterrupted.This
//requiresarecheckinsecondcasetodealwith
//shutdownNowracewhileclearinginterrupt
if((runStateAtLeast(ctl.get(),STOP)||
(Thread.interrupted()&&
runStateAtLeast(ctl.get(),STOP)))&&
!wt.isInterrupted())
wt.interrupt();
try{
beforeExecute(wt,task);
Throwablethrown=null;
try{
task.run();
}catch(RuntimeExceptionx){
thrown=x;throwx;
}catch(Errorx){
thrown=x;throwx;
}catch(Throwablex){
thrown=x;thrownewError(x);
}finally{
afterExecute(task,thrown);
}
}finally{
task=null;
w.completedTasks++;
w.unlock();
}
}
completedAbruptly=false;
}finally{
processWorkerExit(w,completedAbruptly);
}
可以看到不断的循环取出Task并执行，而在任务的执行前后，有beforeExecute和afterExecute方法，我们可以实现两个方法实现一些监控逻辑。除此之外还可以集合线程池的一些属性或者重写terminated()方法在线程池关闭时进行监控。
四、常见的几种线程池实现
在Executors中提供了集中常见的线程池，分别应用在不同的场景。
- FixThreadPool固定数量的线程池，适用于对线程管理，高负载的系统
- SingleThreadPool只有一个线程的线程池，适用于保证任务顺序执行
- CacheThreadPool创建一个不限制线程数量的线程池，适用于执行短期异步任务的小程序，低负载系统
- ScheduledThreadPool定时任务使用的线程池，适用于定时任务
上面几种线程池的特性主要依赖于ThreadPoolExecutor的几个参数来实现，不同的核心线程数量，以及不同类型的阻塞队列，同时我们还可以自行实现自己的线程池满足业务需求。
值得注意的是，并不推荐使用Executors创建线程池，详见下：
Executors.newFixedThreadPool(intnThread)
publicstaticExecutorServicenewFixedThreadPool(intnThreads){
returnnewThreadPoolExecutor(nThreads,nThreads,
0L,TimeUnit.MILLISECONDS,
newLinkedBlockingQueue());
}
继续来看LinkedBlockingQueue：
publicLinkedBlockingQueue(){
this(Integer.MAX_VALUE);
}
publicLinkedBlockingQueue(intcapacity){
if(capacity<=0)thrownewIllegalArgumentException();
this.capacity=capacity;
last=head=newNode(null);
}
可以看到使用LinkedBlockingQueue创建的是Integer.MAX_VALUE大小的队列，会堆积大量的请求，从而造成OOM
Executors.newSingleThreadExexutor()
publicstaticExecutorServicenewSingleThreadExecutor(){
returnnewFinalizableDelegatedExecutorService
(newThreadPoolExecutor(1,1,
0L,TimeUnit.MILLISECONDS,
newLinkedBlockingQueue()));
}
同样，使用的LinkedBlockingQueue，一样的情况
Executors.newCachedThreadPool()
publicstaticExecutorServicenewCachedThreadPool(){
returnnewThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,
60L,TimeUnit.SECONDS,
newSynchronousQueue());
}
代码课件线程池使用的最大线程数是Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量线程，导致OOM
Executors.newScheduleThreadPool()
publicstaticScheduledExecutorServicenewScheduledThreadPool(intcorePoolSize){
returnnewScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}
publicScheduledThreadPoolExecutor(intcorePoolSize){
super(corePoolSize,Integer.MAX_VALUE,0,NANOSECONDS,
newDelayedWorkQueue());
}
和上面是一样的问题，最大线程数是Integer.MAX_VALUE
所以原则上来说禁止使用Executors创建线程池，而使用ThreadPoolExecutor的构造函数来创建线程池。
五、结语
线程池在开发中还是比较常见的，结合不同的业务场景，结合最佳实践配置正确的参数，可以帮助我们的应用性能得到提升。
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