ThreadPool线程池

线程池简介

线程池（英语：thread pool）：一种线程使用模式。

线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时，创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。

线程池的优势

线程池做的工作只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，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。

它的主要特点为

• 降低资源消耗：通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的销耗。
• 提高响应速度：当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。
• 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。

线程池参数说明

常用参数

• corePoolSize：线程池的核心线程数
• maximumPoolSize：能容纳的最大线程数
• keepAliveTime：空闲线程存活时间
• unit：存活的时间单位
• workQueue：存放提交但未执行任务的队列
• threadFactory：创建线程的工厂类
• handler：等待队列满后的拒绝策略

线程池中，有三个重要的参数，决定影响了拒绝策略

• corePoolSize - 核心线程数，也即最小的线程数
• workQueue - 阻塞队列
• maximumPoolSize - 最大线程数

当提交任务数大于 corePoolSize 的时候，会优先将任务放到 workQueue 阻塞队列中。当阻塞队列饱和后，会扩充线程池中线程数，直到达到 maximumPoolSize 最大线程数配置。此时，再多余的任务，则会触发线程池的拒绝策略了。

总结起来，也就是一句话，当提交的任务数大于（workQueue.size() + maximumPoolSize ），就会触发线程池的拒绝策略。

拒绝策略

• CallerRunsPolicy：当触发拒绝策略（也叫优先策略），只要线程池没有关闭的话，则调用线程直接运行任务。（这样就存在可能，现在线程池里面没有线程去执行任务，所以任务会直接出错失败）一般并发比较小，性能要求不高，不允许失败。但是，由于调用者自己运行任务，如果任务提交速度过快，可能导致程序阻塞，性能效率上必然的损失较大
• AbortPolicy：丢弃任务，并抛出拒绝执行 RejectedExecutionException 异常信息。线程池默认的拒绝策略。必须处理好抛出的异常，否则会打断当前的执行流程，影响后续的任务执行
• DiscardPolicy：直接丢弃，其他啥都没有
• DiscardOldestPolicy：当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话，丢弃阻塞队列 workQueue 中最老的一个任务，并将新任务加入

线程池的种类与创建

newCachedThreadPool

作用：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.

特点:

• 线程池中数量没有固定，可达到最大值（Interger. MAX_VALUE）
• 线程池中的线程可进行缓存重复利用和回收（回收默认时间为 1 分钟）
• 当线程池中，没有可用线程，会重新创建一个线程

常见的阻塞队列：点我查看

创建方式

/**
 * 可缓存线程池
 * @return
 */
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    /**
     * corePoolSize线程池的核心线程数
     * maximumPoolSize能容纳的最大线程数
     * keepAliveTime空闲线程存活时间
     * unit 存活的时间单位
     * workQueue 存放提交但未执行任务的队列
     * threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
     * handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
     */
    return new ThreadPoolExecutor(
            0,
            Integer.MAX_VALUE,
            60L,
            TimeUnit.SECONDS,
            new SynchronousQueue<>(),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
}

场景：适用于创建一个可无限扩大的线程池，服务器负载压力较轻，执行时间较短，任务多的场景

newFixedThreadPool

作用：创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。这些线程大多数会处于处理任务的活动状态。如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务（如果需要）。在某个线程被显式地关闭之前，池中的线程将一直存在。

特征：

• 线程池中的线程处于一定的量，可以很好的控制线程的并发量
• 线程可以重复被使用，在显式关闭之前，都将一直存在
• 超出一定量的线程被提交时候需在队列中等待

创建方式：

/**
 * 固定长度线程池
 * @return
 */
public static ExecutorService newFixedThreadPool() {
    /**
     * corePoolSize线程池的核心线程数
     * maximumPoolSize能容纳的最大线程数
     * keepAliveTime空闲线程存活时间
     * unit 存活的时间单位
     * workQueue 存放提交但未执行任务的队列
     * threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
     * handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
     */
    return new ThreadPoolExecutor(
            10,
            10,
            0L,
            TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<>(),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
}

场景： 适用于可以预测线程数量的业务中，或者服务器负载较重，对线程数有严格限制的场景

newSingleThreadExecutor

作用：创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。（注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程，那么如果需要，一个新线程将代替它执行后续的任务）。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。与其他等效的 newFixedThreadPool 不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即可使用其他的线程。

特征： 线程池中最多执行 1 个线程，之后提交的线程活动将会排在队列中以此执行

创建方式：

/**
 * 单一线程池
 * @return
 */
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    /**
     * corePoolSize线程池的核心线程数
     * maximumPoolSize能容纳的最大线程数
     * keepAliveTime空闲线程存活时间
     * unit 线程存活的时间单位
     * workQueue 存放提交但未执行任务的队列
     * threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
     * handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
     */
    return new ThreadPoolExecutor(
        	1,
            1,
            0L,
            TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<>(),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
}

场景： 适用于需要保证顺序执行各个任务，并且在任意时间点，不会同时有多个线程的场景

newScheduleThreadPool

作用： 线程池支持定时以及周期性执行任务，创建一个corePoolSize为传入参数，最大线程数为整形的最大数的线程池

特征

• 线程池中具有指定数量的线程，即便是空线程也将保留
• 可定时或者延迟执行线程活动

创建方式:

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(
        int corePoolSize,
        ThreadFactory threadFactory) {

    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);
}

场景： 适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景

newWorkStealingPool

jdk1.8 提供的线程池，底层使用的是ForkJoinPool实现，创建一个拥有多个任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可用 cpu 核数的线程来并行执行任务

创建方式:

public static ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism) {
        /**
         *  parallelism：并行级别，通常默认为JVM可用的处理器个数
         *  factory：用于创建ForkJoinPool中使用的线程。
         *  handler：用于处理工作线程未处理的异常，默认为null
         *  asyncMode：用于控制WorkQueue的工作模式:队列---反队列
         */
        return new ForkJoinPool(
            	parallelism,
                ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
                null,
                true);
    }

场景： 适用于大耗时，可并行执行的场景

线程池入门案例

public class ThreadPoolDemo1 {
    /**
     * 火车站有3个售票口, 10个用户买票
     *
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {

        // 创建一个线程池，模拟售票窗口为3个
        ThreadPoolExecutor threadService = new ThreadPoolExecutor(
                3,
                3,
                0L,
                TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<>(),
                Executors.defaultThreadFactory(),
                new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
        );
        // 模拟10个人买票
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threadService.execute(() -> {
                try {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "窗口开始售票！！！");
                    Thread.sleep(2000);
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "出票结束");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } finally {
                    // 完成后结束
                    threadService.shutdown();
                }
            });
        }
    }
}

线程池底层工作原理(重要)

1. 在创建了线程池后，线程池中的线程数为零
2. 当调用execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断：
   • 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；
   • 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列；
   • 如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于 maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；
   • 如果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会启动饱和拒绝策略来执行。
3. 当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行
4. 当一个线程无事可做超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程会判断：
   • 如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。
   • 所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。

注意事项

1. 项目中创建多线程时，使用常见的三种线程池创建方式：单一、可变、定长都有一定问题，原因是FixedThreadPool和SingleThreadExecutor底层都是用LinkedBlockingQueue实现的，这个队列最大长度为 Integer.MAX_VALUE，容易导致 OOM（内存溢出）。所以实际生产一般自己通过ThreadPoolExecutor的 7 个参数，自定义线程池

2. 创建线程池推荐适用 ThreadPoolExecutor 及其 7 个参数手动创建

   • corePoolSize 线程池的核心线程数
   • maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
   • keepAliveTime 空闲线程存活时间
   • unit 存活的时间单位
   • workQueue 存放提交但未执行任务的队列
   • threadFactory 创建线程的工厂类
   • handler 等待队列满后的拒绝策略

3. 为什么不允许使用Executors的方式创建线程池，（比如Executors.newCachedThreadPool()）如下图