浅谈线程池《一》

《一》前言

多线程的异步执行方式，虽然能够最大限度发挥多核计算机的计算能力，但是如果不加控制，反而会对系统造成负担。线程本身也要占用内存空间，大量的线程会占用内存资源并且可能会导致Out of Memory。即便没有这样的情况，大量的线程回收也会给GC带来很大的压力。

为了避免重复的创建线程，线程池的出现可以让线程进行复用。通俗点讲，当有工作来，就会向线程池拿一个线程，当工作完成后，并不是直接关闭线程，而是将这个线程归还给线程池供其他任务使用。这就是线程池的由来！

《二》Java通过ThreadPoolExecutor来创建线程池：

ThreadPoolExecutor th = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, handler)；

我们可以看到它里面的参数还是挺多的，下面来一一介绍：

1.corePoolSize：核心线程数，在创建线程池之后，它是默认没有线程在里面的。只有当任务来的时候才会去创建线程执行任务。那么就存在一个问题，当任务量达到这个核心线程树后再进来任务，该如何呢？答案是进队列，也就是说corePoolSize是允许同时运行的最大线程数。

2.maximumPoolSize：线程池最大的线程数，它表示能创建最大的线程数，maximumPoolSize >= corePoolSize。

3.keepAliveTime：线程没有任务时最多保持多久停止。默认的情况下，只有当达到corePoolSize时才会触发keepAliveTime，也就是说任务达到了corePoolSize后有空闲线程并且达到了keepAliveTime，那就讲这个线程shutdown。

4.unit：keepAliveTime 的单位。

5.workQueue：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，当线程池中的线程数超过它的corePoolSize的时候，线程会进入阻塞队列进行阻塞等待。通过workQueue，线程池实现了阻塞功能。

6.threadFactory：创建线程工厂。

7.handler：当任务达到maximumPoolSize+workQueue，任务交给它处理。即表示当拒绝处理任务时的策略。

《三》这个队列具体用的什么队列呢？

任务缓存队列：

workQueue的类型为BlockingQueue<Runnable>，通常可以取下面三种类型：

1有界任务队列ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；

2无界任务队列LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列，如果创建时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX_VALUE；

3直接提交队列synchronousQueue：这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。

《四》拒绝策略：（handler）

AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException

CallerRunsPolicy：只要线程池未关闭，该策略直接在调用者线程中，运行当前被丢弃的任务。显然这样做不会真的丢弃任务，但是，任务提交线程的性能极有可能会急剧下降。

DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的一个请求，也就是即将被执行的一个任务，并尝试再次提交当前任务。

DiscardPolicy：丢弃任务，不做任何处理。

《五》线程池的任务处理策略：

如果当前线程池中的线程数目小于corePoolSize，则每来一个任务，就会创建一个线程去执行这个任务；

如果当前线程池中的线程数目>=corePoolSize，则每来一个任务，会尝试将其添加到任务缓存队列当中，若添加成功，则该任务会等待空闲线程将其取出去执行；若添加失败（一般来说是任务缓存队列已满），则会尝试创建新的线程去执行这个任务；如果当前线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，则会采取任务拒绝策略进行处理；

如果线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止，直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize；如果允许为核心池中的线程设置存活时间，那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime，线程也会被终止。

《六》线程池的关闭：

ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，其中：

shutdown()：不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务

shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务

《七》源码解析：

构造方法：

核心方法：public void execute(Runnable command)：

 public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        /*
        // //继续3个步骤：
         * Proceed in 3 steps:
         *
         * 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
         * start a new thread with the given command as its first
         * task.  The call to addWorker atomically checks runState and
         * workerCount, and so prevents false alarms that would add
         * threads when it shouldn't, by returning false.
    
         //1.如果正在运行的线程数小于corePoolSize，那么将调用addWorker 方法来创建一个新的线      
         //程，  
         //并将该任务作为新线程的第一个任务来执行。在创建线程之前会做原子性质的检查，如果条件不允   
        //许，则不创建线程来执行任务，并返回false.
         *
         * 2. If a task can be successfully queued, then we still need
         * to double-check whether we should have added a thread
         * (because existing ones died since last checking) or that
         * the pool shut down since entry into this method. So we
         * recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
         * stopped, or start a new thread if there are none.
         *
         //2.如果一个任务成功进入阻塞队列，那么我们需要进行一个双重检查来确保是我们已经添加一个线  
      //程因为存在着一些线程在上次检查后他已经死亡。或者 当我们进入该方法时，该线程池已经关闭。所 
      //以，我们将重新检查状态，线程池关闭的情况下则回滚入队列，线程池没有线程的情况则创建一个新
     //的线程。。
         * 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
         * thread.  If it fails, we know we are shut down or saturated
         * and so reject the task.
         */
      //3.如果我们无法排队任务，那么我们尝试添加一个新的*线程。如果失败，我们知道我们关闭或饱和    
     //因此拒绝任务。



      // 1.当前线程数量小于corePoolSize，则创建并启动线程。
        int c = ctl.get();
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
             //成功
                return;
            c = ctl.get();
        }
       // 2.步骤1失败，则尝试进入阻塞队列，
        if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
         // 入队列成功，检查线程池状态，如果状态部署RUNNING而且remove成功，则拒绝任务
            int recheck = ctl.get();
            if (! isRunning(recheck) && remove(command))
                reject(command);
          // 如果当前worker数量为0，通过addWorker(null, false)创建一个线程，其任务为null
            else if (workerCountOf(recheck) == 0)
                addWorker(null, false);
        }
       // 3. 步骤1和2失败，则尝试将线程池的数量有corePoolSize扩充至maxPoolSize，如果失败，则 
     //拒绝任务
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

ThreadFactory:

addWorker方法：

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
        retry:
       // 外层循环，用于判断线程池状态
      // CAS+死循环实现的关于线程池状态，线程数量的校验与更新逻辑
    retry:
        for (;;) {
            int c = ctl.get();
            int rs = runStateOf(c);

            // Check if queue empty only if necessary.
            if (rs >= SHUTDOWN &&
                ! (rs == SHUTDOWN &&
                   firstTask == null &&
                   ! workQueue.isEmpty()))
                return false;
           // 内层的循环，任务是将worker数量加1
            for (;;) {
                int wc = workerCountOf(c);
                if (wc >= CAPACITY ||
                    wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                    return false;
                if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                    break retry;
                c = ctl.get();  // Re-read ctl
                if (runStateOf(c) != rs)
                    continue retry;
                // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
            }
        }
     // worker加1后，接下来将woker添加到HashSet<Worker>中，并启动worker
        boolean workerStarted = false;
        boolean workerAdded = false;
        Worker w = null;
        try {
            //把指定任务作为参数新建一个worker线程
            w = new Worker(firstTask);
            //t就是代表woker线程
            final Thread t = w.thread;
            if (t != null) {
                final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
                mainLock.lock();
                try {
                    // Recheck while holding lock.
                    // Back out on ThreadFactory failure or if
                    // shut down before lock acquired.
                    int rs = runStateOf(ctl.get());

                    if (rs < SHUTDOWN ||
                        (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                        if (t.isAlive()) // precheck that t is startable
                            throw new IllegalThreadStateException();
                        workers.add(w);
                        int s = workers.size();
                        if (s > largestPoolSize)
                            largestPoolSize = s;
                        workerAdded = true;
                    }
                } finally {
                    mainLock.unlock();
                }
               　// 如果往HashSet<Worker>添加成功，则启动该线程
                if (workerAdded) {
                    t.start();
                    workerStarted = true;
                }
            }
        } finally {
            if (! workerStarted)
                addWorkerFailed(w);
        }
        return workerStarted;
    }

《八》 Java通过Executors，提供了四种线程池：

1.创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。