Java 线程池详解及创建简单实例
Java线程池
最近在改进项目的并发功能，但开发起来磕磕碰碰的。看了好多资料，总算加深了认识。于是打算配合查看源代码，总结并发编程的原理。
准备从用得最多的线程池开始，围绕创建、执行、关闭认识线程池整个生命周期的实现原理。后续再研究原子变量、并发容器、阻塞队列、同步工具、锁等等主题。java.util.concurrent里的并发工具用起来不难，但不能仅仅会用，我们要readthefuckingsourcecode，哈哈。顺便说声，我用的JDK是1.8。
Executor框架
Executor是一套线程池管理框架，接口里只有一个方法execute，执行Runnable任务。ExecutorService接口扩展了Executor，添加了线程生命周期的管理，提供任务终止、返回任务结果等方法。AbstractExecutorService实现了ExecutorService，提供例如submit方法的默认实现逻辑。
然后到今天的主题ThreadPoolExecutor，继承了AbstractExecutorService，提供线程池的具体实现。
构造方法
下面是ThreadPoolExecutor最普通的构造函数，最多有七个参数。具体代码不贴了，只是一些参数校验和设置的语句。
publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,
intmaximumPoolSize,
longkeepAliveTime,
TimeUnitunit,
BlockingQueue<Runnable>workQueue,
ThreadFactorythreadFactory,
RejectedExecutionHandlerhandler){
}
corePoolSize是线程池的目标大小，即是线程池刚刚创建起来，还没有任务要执行时的大小。maximumPoolSize是线程池的最大上限。keepAliveTime是线程的存活时间，当线程池内的线程数量大于corePoolSize，超出存活时间的空闲线程就会被回收。unit就不用说了，剩下的三个参数看后文的分析。
预设的定制线程池
ThreadPoolExecutor预设了一些已经定制好的线程池，由Executors里的工厂方法创建。下面分析newSingleThreadExecutor、newFixedThreadPool、newCachedThreadPool的创建参数。
newFixedThreadPool
publicstaticExecutorServicenewFixedThreadPool(intnThreads){
returnnewThreadPoolExecutor(nThreads,nThreads,
0L,TimeUnit.MILLISECONDS,
newLinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
newFixedThreadPool的corePoolSize和maximumPoolSize都设置为传入的固定数量，keepAliveTim设置为0。线程池创建后，线程数量将会固定不变，适合需要线程很稳定的场合。
newSingleThreadExecutor
publicstaticExecutorServicenewSingleThreadExecutor(){
returnnewFinalizableDelegatedExecutorService
(newThreadPoolExecutor(1,1,
0L,TimeUnit.MILLISECONDS,
newLinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
newSingleThreadExecutor是线程数量固定为1的newFixedThreadPool版本，保证池内的任务串行。注意到返回的是FinalizableDelegatedExecutorService，来看看源码：
staticclassFinalizableDelegatedExecutorService
extendsDelegatedExecutorService{
FinalizableDelegatedExecutorService(ExecutorServiceexecutor){
super(executor);
}
protectedvoidfinalize(){
super.shutdown();
}
}
FinalizableDelegatedExecutorService继承了DelegatedExecutorService，仅仅在gc时增加关闭线程池的操作，再来看看DelegatedExecutorService的源码：
staticclassDelegatedExecutorServiceextendsAbstractExecutorService{
privatefinalExecutorServicee;
DelegatedExecutorService(ExecutorServiceexecutor){e=executor;}
publicvoidexecute(Runnablecommand){e.execute(command);}
publicvoidshutdown(){e.shutdown();}
publicList<Runnable>shutdownNow(){returne.shutdownNow();}
publicbooleanisShutdown(){returne.isShutdown();}
publicbooleanisTerminated(){returne.isTerminated();}
//...
}
代码很简单，DelegatedExecutorService包装了ExecutorService，使其只暴露出ExecutorService的方法，因此不能再配置线程池的参数。本来，线程池创建的参数是可以调整的，ThreadPoolExecutor提供了set方法。使用newSingleThreadExecutor目的是生成单线程串行的线程池，如果还能配置线程池大小，那就没意思了。
Executors还提供了unconfigurableExecutorService方法，将普通线程池包装成不可配置的线程池。如果不想线程池被不明所以的后人修改，可以调用这个方法。
newCachedThreadPool
publicstaticExecutorServicenewCachedThreadPool(){
returnnewThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,
60L,TimeUnit.SECONDS,
newSynchronousQueue<Runnable>());
}
newCachedThreadPool生成一个会缓存的线程池，线程数量可以从0到Integer.MAX_VALUE，超时时间为1分钟。线程池用起来的效果是：如果有空闲线程，会复用线程；如果没有空闲线程，会新建线程；如果线程空闲超过1分钟，将会被回收。
newScheduledThreadPool
newScheduledThreadPool将会创建一个可定时执行任务的线程池。这个不打算在本文展开，后续会另开文章细讲。
等待队列
newCachedThreadPool的线程上限几乎等同于无限，但系统资源是有限的，任务的处理速度总有可能比不上任务的提交速度。因此，可以为ThreadPoolExecutor提供一个阻塞队列来保存因线程不足而等待的Runnable任务，这就是BlockingQueue。
JDK为BlockingQueue提供了几种实现方式，常用的有：
- ArrayBlockingQueue：数组结构的阻塞队列
- LinkedBlockingQueue：链表结构的阻塞队列
- PriorityBlockingQueue：有优先级的阻塞队列
- SynchronousQueue：不会存储元素的阻塞队列
newFixedThreadPool和newSingleThreadExecutor在默认情况下使用一个无界的LinkedBlockingQueue。要注意的是，如果任务一直提交，但线程池又不能及时处理，等待队列将会无限制地加长，系统资源总会有消耗殆尽的一刻。所以，推荐使用有界的等待队列，避免资源耗尽。但解决一个问题，又会带来新问题：队列填满之后，再来新任务，这个时候怎么办？后文会介绍如何处理队列饱和。
newCachedThreadPool使用的SynchronousQueue十分有趣，看名称是个队列，但它却不能存储元素。要将一个任务放进队列，必须有另一个线程去接收这个任务，一个进就有一个出，队列不会存储任何东西。因此，SynchronousQueue是一种移交机制，不能算是队列。newCachedThreadPool生成的是一个没有上限的线程池，理论上提交多少任务都可以，使用SynchronousQueue作为等待队列正合适。
饱和策略
当有界的等待队列满了之后，就需要用到饱和策略去处理，ThreadPoolExecutor的饱和策略通过传入RejectedExecutionHandler来实现。如果没有为构造函数传入，将会使用默认的defaultHandler。
privatestaticfinalRejectedExecutionHandlerdefaultHandler=newAbortPolicy();
publicstaticclassAbortPolicyimplementsRejectedExecutionHandler{
publicAbortPolicy(){}
publicvoidrejectedExecution(Runnabler,ThreadPoolExecutore){
thrownewRejectedExecutionException("Task"+r.toString()+"rejectedfrom"+e.toString());
}
}
AbortPolicy是默认的实现，直接抛出一个RejectedExecutionException异常，让调用者自己处理。除此之外，还有几种饱和策略，来看一下：
publicstaticclassDiscardPolicyimplementsRejectedExecutionHandler{
publicDiscardPolicy(){}
publicvoidrejectedExecution(Runnabler,ThreadPoolExecutore){
}
}
DiscardPolicy的rejectedExecution直接是空方法，什么也不干。如果队列满了，后续的任务都抛弃掉。
publicstaticclassDiscardOldestPolicyimplementsRejectedExecutionHandler{
publicDiscardOldestPolicy(){}
publicvoidrejectedExecution(Runnabler,ThreadPoolExecutore){
if(!e.isShutdown()){
e.getQueue().poll();
e.execute(r);
}
}
}
DiscardOldestPolicy会将等待队列里最旧的任务踢走，让新任务得以执行。
publicstaticclassCallerRunsPolicyimplementsRejectedExecutionHandler{
publicCallerRunsPolicy(){}
publicvoidrejectedExecution(Runnabler,ThreadPoolExecutore){
if(!e.isShutdown()){
r.run();
}
}
}
最后一种饱和策略是CallerRunsPolicy，它既不抛弃新任务，也不抛弃旧任务，而是直接在当前线程运行这个任务。当前线程一般就是主线程啊，让主线程运行任务，说不定就阻塞了。如果不是想清楚了整套方案，还是少用这种策略为妙。
ThreadFactory
每当线程池需要创建一个新线程，都是通过线程工厂获取。如果不为ThreadPoolExecutor设定一个线程工厂，就会使用默认的defaultThreadFactory：
publicstaticThreadFactorydefaultThreadFactory(){
returnnewDefaultThreadFactory();
}
staticclassDefaultThreadFactoryimplementsThreadFactory{
privatestaticfinalAtomicIntegerpoolNumber=newAtomicInteger(1);
privatefinalThreadGroupgroup;
privatefinalAtomicIntegerthreadNumber=newAtomicInteger(1);
privatefinalStringnamePrefix;
DefaultThreadFactory(){
SecurityManagers=System.getSecurityManager();
group=(s!=null)?s.getThreadGroup():
Thread.currentThread().getThreadGroup();
namePrefix="pool-"+
poolNumber.getAndIncrement()+
"-thread-";
}
publicThreadnewThread(Runnabler){
Threadt=newThread(group,r,
namePrefix+threadNumber.getAndIncrement(),
0);
if(t.isDaemon())
t.setDaemon(false);
if(t.getPriority()!=Thread.NORM_PRIORITY)
t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
returnt;
}
}
平时打印线程池里线程的name时，会输出形如pool-1-thread-1之类的名称，就是在这里设置的。这个默认的线程工厂，创建的线程是普通的非守护线程，如果需要定制，实现ThreadFactory后传给ThreadPoolExecutor即可。
不看代码不总结不会知道，光是线程池的创建就可以引出很多学问。别看平时创建线程池是一句代码的事，其实ThreadPoolExecutor提供了很灵活的定制方法。
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