线程池

一、线程池及其原理

1、使用线程池的好处：

（1）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消耗。

（2）提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。

（3）提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制地创建，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分配、调优和监控。

　　在《阿里巴巴java开发手册》中指出了线程资源必须通过线程池提供，不允许在应用中自行显示的创建线程，这样一方面使线程的创建更加规范，可以合理控制开辟线程的数量；另一方面线程的细节管理交给线程池处理，优化了资源的开销。而线程池不允许使用 Executors 去创建，而要通过 ThreadPoolExecutor 方式，这一方面是由于jdk中Executor框架虽然提供了如newFixedThreadPool()、newSingleThreadExecutor()、newCachedThreadPool()等创建线程池的方法，但都有其局限性，不够灵活；另外由于前面几种方法内部也是通过ThreadPoolExecutor方式实现，使用ThreadPoolExecutor有助于大家明确线程池的运行规则，创建符合自己的业务场景需要的线程池，避免资源耗尽的风险。

2、线程池的实现原理

　　任务提交流程源码解析：https://www.jianshu.com/p/96772777749b

　　向线程池提交任务，线程池的执行流程。

1）线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入下个流程。

2）线程池判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。

3）线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

对应到代码层面就是ThreadPoolExecutor执行execute()方法。如下图所示：

1）如果当前运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）。

2）如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue。

3）如果无法将任务加入BlockingQueue（队列已满），则创建新的线程来处理任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）。

4）如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize最大池容量，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。根据不同的拒绝策略去处理。

ThreadPoolExecutor采取上述步骤的总体设计思路，是为了在执行execute()方法时，尽可能地避免获取全局锁（那将会是一个严重的可伸缩瓶颈）。

在ThreadPoolExecutor完成预热之后（当前运行的线程数大于等于corePoolSize），几乎所有的execute()方法调用都是执行步骤2，而步骤2不需要获取全局锁。

二、利用线程池创建多线程

1、 Executors 工厂类创建jdk提供的线程池：

       通过 Executors 工具类可以很轻松的创建jdk提供的几种线程池。但是实际上我们一般都不是直接使用Java提供好的线程池，另外在《阿里巴巴Java开发手册》中强制线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 构造函数 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

Executors 返回线程池对象的弊端如下：

FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor ： 允许请求的队列长度为 Integer.MAX_VALUE,可能堆积大量的请求，从而导致OOM。

CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool ： 允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE ，可能会创建大量线程，从而导致OOM。

创建四种线程池的方式：https://www.cnblogs.com/zhujiabin/p/5404771.html 

（1）jdk提供的线程池特点及使用场景：java提供了四种线程池

（1）FixedThreadPool：该方法返回一个固定线程数量的线程池。该线程池中的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时，线程池中若有空闲线程，则立即执行。若没有，则新的任务会被暂存在一个任务队列中，待有线程空闲时，便处理在任务队列中的任务。

（2）SingleThreadExecutor：方法返回一个只有一个线程的线程池。若多余一个任务被提交到该线程池，任务会被保存在一个任务队列中，待线程空闲，按先入先出的顺序执行队列中的任务。

（3）CachedThreadPool： 该方法返回一个可根据实际情况调整线程数量的线程池。线程池的线程数量不确定，但若有空闲线程可以复用，则会优先使用可复用的线程。若所有线程均在工作，又有新的任务提交，则会创建新的线程处理任务。所有线程在当前任务执行完毕后，将返回线程池进行复用。

（4）ScheduledThreadPoolExecutor： 主要用来在给定的延迟后运行任务，或者定期执行任务。

　　　　　　ScheduledThreadPoolExecutor又分为：ScheduledThreadPoolExecutor（包含多个线程）和SingleThreadScheduledExecutor （只包含一个线程）两种。

（2）各种线程池的适用场景介绍：

FixedThreadPool： 适用于为了满足资源管理需求，而需要限制当前线程数量的应用场景。它适用于负载比较重的服务器；

SingleThreadExecutor： 适用于需要保证顺序地执行各个任务并且在任意时间点，不会有多个线程是活动的应用场景。

CachedThreadPool： 适用于执行很多的短期异步任务的小程序，或者是负载较轻的服务器；

ScheduledThreadPoolExecutor： 适用于需要多个后台执行周期任务，同时为了满足资源管理需求而需要限制后台线程的数量的应用场景，

SingleThreadScheduledExecutor： 适用于需要单个后台线程执行周期任务，同时保证顺序地执行各个任务的应用场景。

2、 ThreadPoolExecutor的构造函数创建：

　　直接调用 ThreadPoolExecutor 的构造函数来自己创建线程池。在创建的同时，给 BlockQueue 指定容量就可以了。示例如下：

private static ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(13, 13,
    60L, TimeUnit.SECONDS,
    new ArrayBlockingQueue(13));

　　这种情况下，一旦提交的线程数超过当前可用线程数时，就会抛出 java.util.concurrent.RejectedExecutionException ，这是因为当前线程池使用的队列是有边界队列，队列已经满了便无法继续处理新的请求。但是异常（Exception）总比发生错误（Error）要好。

（1）创建线程池：

通过ThreadPoolExecutor构造方法来创建一个线程池。

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

{

if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;

}

参数介绍：

1）corePoolSize（线程池的基本大小，核心线程池大小）：当提交一个任务到线程池时，如果当前poolSize<corePoolSize时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。

2）maximumPoolSize（线程池最大数量）：线程池允许创建的最大线程数。如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是，如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。

3）keepAliveTime（线程活动保持时间）：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。所以，如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大时间，提高线程的利用率。

4）TimeUnit（线程活动保持时间的单位）：可选的单位有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟（MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微秒（MICROSECONDS，千分之一毫秒）和纳秒（NANOSECONDS，千分之一微秒）。

5）runnableTaskQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择以下几个阻塞队列。

• ArrayBlockingQueue：是一个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：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。

• SynchronousQueue：一个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Linked-BlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。

• PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。

 6）ThreadFactory：用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线程池里的线程设置有意义的名字，代码如下。

new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build();

7）RejectedExecutionHandler（饱和策略，拒绝策略）：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。在JDK 1.5中Java线程池框架提供了以下4种策略。

• AbortPolicy：直接抛出异常。

• CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。

• DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，最旧的任务，并执行当前任务。

• DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

 　　当然，也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

（2）向线程池提交任务

　　有两个方法向线程池提交任务，分别为execute()和submit()方法。这两个方法的区别就是，execute()用于提交不需要返回值的任务，submit()方法用于提交需要返回值的任务。

（1）execute方法：execute()方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功。通过以下代码可知execute()方法输入的任务是一个Runnable类的实例。

threadsPool.execute(new Runnable() {
   @Override
　　public void run() {
　　　　// TODO Auto-generated method stub
　　}
});

（2）submit方法：线程池会返回一个future类型的对象，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。

Future<Object> future = executor.submit(haveReturnValuetask);
try {
　　Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
　　// 处理中断异常
} catch (ExecutionException e) {
　　// 处理无法执行任务异常
} finally {
　　// 关闭线程池
　　executor.shutdown();
}

//线程池，并行扫描自研引擎和fossid
        ArrayBlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(2);
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 1, TimeUnit.MINUTES, blockingQueue);

apiServerFuture = threadPool.submit(new Callable<FileScanResults>() {
                            @Override
                            public FileScanResults call() throws Exception {
                                FileScanResults fileScanResultsApiServer = null;
                                fileScanResultsApiServer = apiServer.apiServerScan(curScanFile, scanTask, fileScanResultsApiServer);
                                return fileScanResultsApiServer;
                            }
                        });

（3）关闭线程池：

　　可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。它们的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。

　　但是它们存在一定的区别，shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表，而shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。

　　只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，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。

　　至于应该调用哪一种方法来关闭线程池，应该由提交到线程池的任务特性决定，通常调shutdown方法来关闭线程池，如果任务不一定要执行完，则可以调用shutdownNow方法。

（4）Demo

（1）首先构造一个线程池，用ArrayBlockingQueue作为其等待队列，队列初始化容量为1。该线程池核心容量为 10，最大容量为20，线程存活时间为1分钟。

static BlockingQueue blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(1);
static ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor=new ThreadPoolExecutor(10, 20, 1, TimeUnit.MINUTES, blockingQueue);

（2）另外构造了一个实现Runable接口的类TaskBusyWithoutResult类，其模拟一个繁忙的任务：

static class TaskBusyWithoutResult implements Runnable
{
   public TaskBusyWithoutResult()
   {
   }
   @Override
   public void run()
   {
       System.out.println("线程"+Thread.currentThread()+"开始运行");
       int i=10000*10000;
       while(i>0)
       {
           i--;
       }
       System.out.println("线程"+Thread.currentThread()+"运行结束");
   }
}

（3）向线程池提交20个任务，执行任务

public static void main(String[] args) {
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        Runnable runnable = new TaskBusyWithoutResult();
        threadPoolExecutor.submit(runnable);
    }
}

参考博客：https://www.cnblogs.com/dafanjoy/p/9729358.html

https://mp.weixin.qq.com/s/cBKCwq003I5ppVsy3NHTYQ

3、使用开源类库

　　除了自己定义 ThreadPoolExecutor 外。还有其他方法。这个时候第一时间就应该想到开源类库，如apache和guava等。”他推荐使用guava提供的 ThreadFactoryBuilder 来创建线程池。下面是参考他的代码示例：

public class ExecutorsDemo {
  private static ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder()
   .setNameFormat("demo-pool-%d").build();
  private static ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(5, 200,
    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1024), namedThreadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
  public static void main(String[] args) {
    for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
      pool.execute(new SubThread());
   }
 }
}

　　通过上述方式创建线程时，不仅可以避免OOM的问题，还可以自定义线程名称，更加方便的出错的时候溯源。

 

参考博客：https://www.cnblogs.com/dafanjoy/p/9729358.html

https://mp.weixin.qq.com/s/cBKCwq003I5ppVsy3NHTYQ