线程池

线程池

简介

缓存已创建的线程，以备执行后续的任务。

目的：
创建和销毁消除消耗系统的资源，通过缓存已创建的线程，避免频繁的创建线程，从而减少系统的消耗。

---

与线程池有关的类和接口

• Executor ：底层接口，定义了 execute() ，表示执行传进来的任务。
• ExecutorService ：继承自 Executor ，声明了一些常用方法： submit ， invokeAll ， invokeAny ， shutDown 。
• AbstractExecutorService ：实现 ExecutorService 接口，基本实现 ExecutorService 中的方法。
• ThreadPoolExecutor ：继承自 AbstractExecutorService 。 execute() ：向线程池提交一个任务，由线程池执行。 submit() ：向线程池提交任务，可以返回任务执行的结果。 shutdown() 关闭线程。 shutdownNow() ：立即关闭线程池。

---

线程池的参数

• corePoolSize ：核心池的大小。创建线程池默认没有线程，得到任务到达时才创建线程。当线程数目到达 corePoolSize 时，会把后续的任务放入缓存队列中。
• maximumPoolSize ：线程池的最大线程数。表示线程池中所能容纳的最大的线程数量。
• keepAliveTime ：表示线程在没有执行任务，存活多久后被终止。当线程池中的线程大于 corePoolSize 时，会对超过数量的线程统计空闲时间，然后超过 keepAliveTime 的线程会被终止，直到线程池中的线程数量不超过 corePoolSize 。
• unit ：超时时间单位。
• workQueue ：阻塞队列，用来存储等待执行的任务。
• threadFactory ：线程工厂，创建一个新线程时使用的工厂，可以设定线程名，是否为守护线程。
• handler ：拒绝策略，当等待队列中的任务达到最大限制，并且线程池中线程数达到最大限制时，若有新的任务到达，则采取的拒绝策略。

---

线程池的状态

• RUNNING = 0 ：线程池创建完后初始化。
• SHUTDOWN = 1 ：调用 shutdown() 方法，线程池不再接受新的任务，等待现有任务执行完。
• STOP = 2 ：调用 shutdownNow() 方法，线程池不接受新的任务，并且终止正在执行的任务。
• TERMINATED = 3 ：线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且工作线程已被销毁，任务队列已被清空，则进入TERMINATED状态。

---

线程池执行流程

流程：

1. 如果当前线程池中的线程数目 小于  < corePoolSize 。则对于每个新任务，都会创建一个线程去执行这个任务。
2. 如果当前线程池中的线程数目 大于等于 >= corePoolSize 。对于每个新任务，会将其添加到任务队列中。若添加成功，则任务由空闲的线程主动将其从队列中移除后执行。若添加失败（任务队列已满），则尝试创建新的线程执行。
3. 若当前线程池中的线程数目到达 maximumPoolSize ，则对于新任务采取拒绝策略。
4. 如果线程池中的数量大于 corePoolSize 时，如果某个线程空闲时间超过 keepAliveTime ，线程会被终止，直到线程池中的线程数目不超过 corePoolSize 。
5. 如果为核心线程池中的线程设置存活时间，则当核心线程池中的线程空闲时间超过 keepAliveTime ，则该线程也会被终止。

---

线程池的初始化

• 默认情况下，创建线程池后，线程池中没有线程。需要在提交任务后才创建线程。
• 可以通过两个方法在创建线程池后创建线程：
  • prestartCoreThread() ：初始化一个线程。
  • prestartAllCoreThread()：初始化所有核心线程。

---

任务队列和排队策略

workQueue ：用来存放等待执行的任务。类型为 BlockingQueue<Runnable> 。

阻塞队列

分类：

• FIFO：先进先出。先进入队列中的元素最先出队列。
• LIFO：先进后出。后进入队列的元素最先出队列。
  

操作

• 插入 ：当队列已满时，生产者线程插入数据会被阻塞，直到消费者消耗队列中的数据使得队列有空闲空间。
• 获取 ：当队列为空时，消费者线程获取数据时会被阻塞，直到生产者向队列中插入数据。
  

方法

• 插入数据：
  • offer() ：添加数据成功返回true，添加失败返回false。（若没有设置超时时间，则直接返回；若设置超时时间，则等待指定的超时时间，超时时间过期后返回false）
  • put() ：添加数据成功则直接返回，添加失败会被一直阻塞。
• 获取数据：
  • poll() ：若队列有元素，则获取队首元素；否则直接返回null。（若设置超时时间，则未成功获取元素时阻塞等待，直到超时返回null或成功获取元素）
  • take() ：若队列非空，则直接返回队列首部元素；否则一直阻塞，直到成功获取元素或被中断。

类型：

• ArrayBlockingQueue ：基于 数组 的FIFO队列，创建时必须指定大小，内部使用定长数组缓存数据。读写数据同用同一个锁对象（可以使用锁分离实现生产者和消费者的并行，但 ArrayBlockingQueue 的读写为轻量级，使用锁分离只会增加复杂度。），可以采用公平锁或非公平锁。
• LinkedBlockingQueue ：基于 链表 的FIFO队列，可以不指定大小，则大小为 Integer.MAX_VALUE 。对于生产者和消费者采用独立的锁进行同步，生产者和消费者可以并发操作队列中的数据。（若没有设置初始容量可能由于线程过多导致内存耗尽）
• synchronousQueue ：一种没有缓冲的等待队列。不保存提交的任务，而是直接创建一个新线程执行新的任务。
  • 若为 公平模式 ：采用公平锁，并使用FIFO队列阻塞生产者和消费者。
  • 若为 非公平模式 ：采用非公平锁，使用LIFO队列管理阻塞的生产者和消费者。
• DelayQueue ：队列中元素只有在指定的延迟时间到了才能获取到。生产者线程不会被阻塞，消费者线程在队列为空或者没有元素到期时会被阻塞。
• PriorityBlockingQueue ：基于优先级的阻塞队列。不会阻塞生产者。当队列中没有元素时，阻塞消费者。采用公平锁。

---

拒绝策略

情景

当线程池中的线程达到 maximumPoolSize ，并且任务队列已满，此时对于新来的任务采取拒绝策略进行处理。

分类

• AbortPolicy ：抛弃任务，并抛出异常。
• DiscardPolicy ：直接抛弃任务，但不抛出异常。
• DiscardOldPolicy ：抛弃任务队列中最前的任务（最老的任务），然后尝试执行新任务。
• CallerRunPolicy ：由调用线程处理任务。

---

线程池的关闭

• shutdown() ：不会立即终止线程池，而是不再接受新的任务，并且等待所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止。
• shutdownNow() ：立即终止线程池，并打断正在执行的任务，清空任务队列，返回尚未执行的任务。

---

线程池容量的动态调整

• setCorePoolSize() ：设置核心池的大小。
• setMaximumPoolSize() ：设置线程池最大能创建线程的数目。

---

配置线程池的参数

根据任务的类型进行配置。

• CPU密集型任务： corePoolSize 设置为CPU核心数+1；
• IO密集型任务： corePoolSize 设置为2*CPU核心数。

---

Executors 创建四种线程池

提供一系列工厂方法来创建线程池。

• newCachedThreadPool ：一个可缓存线程池，通过 execute 重用已经构建的线程。若没有可用线程，则创建新线程并添加到线程池中。终止超时未使用（60s）的线程。
• newFixedThreadPool ：一个固定线程数量的线程池，控制线程的最大并发数，超过的线程在队列中等待。
• newScheduledThreadPool ：一个定长的线程池，支持定时以及周期性任务执行。
• newSingleThreadExecutor ：一个单线程的线程池，使用一个工作线程，保证任务按照FIFO，LIFO顺序执行。
  

newCachedThreadPool

• 先查看线程池中有没有已创建的线程，若有，则进行复用；否则创建一个新的线程加入池中。
• 适用于 执行周期短的异步任务 。
• 超时没有被使用的线程会被终止。
  

newFixedThreadPool

• 任意时刻只有固定数量的活动线程存在。
• 没有可用的线程时，新来的任务会被放入等待队列中。
  

newScheduledThreadPool

• 有两种定期执行任务：
  • 固定延迟执行：当前一个任务执行完成后，固定时延后执行新的任务。
  • 固定频率执行：当前一个任务执行时，固定时延后执行，不管前一个任务是否执行完成。
    

newSingleThreadExecutor

• 单例线程池，任意时刻只有一个线程。