線程池全面解析，一篇就夠了！

爲何使用線程池

通常狀況有下面三個緣由

• 建立/銷燬線程伴隨着系統開銷，過於頻繁的建立/銷燬線程，會很大程度上影響處理效率，應用可以更加充分合理地協調利用CPU、內存、網絡、I/O等系統資源；

爲何會影響處理效率呢？
答：線程的建立須要開闢虛擬機棧、本地方法棧、程序計數器等線程私有的內存空間; 在線程銷燬時須要回收這些系統資源.頻繁地建立和銷燬線程會浪費大量的系統資源,增長併發編程風險.

• 線程併發數量過多，搶佔系統資源從而致使阻塞，利用線程池管理並複用線程，控制最大併發數；
• 使用線程池能夠對線程進行一些簡單的管理，實現任務線程隊列緩存策略和拒絕機制，實現某些與時間相關的功能，例如定時執行、週期執行等，另外還能夠隔離線程環境；

線程池ThreadPoolExecutor

Android中線程池來自於Java，那麼研究Android線程池其實也能夠說是研究Java中的線程池

在Java中，線程池的概念是Executor這個接口，具體實現爲ThreadPoolExecutor類，學習Java中的線程池，就能夠直接學習他了

對線程池的配置，就是對ThreadPoolExecutor構造函數的參數的配置，既然這些參數這麼重要，就來看看構造函數的各個參數吧

ThreadPoolExecutor的重要參數

• corePoolSize：核心線程數核心線程會一直存活，即便沒有任務須要執行 當線程數小於核心線程數時，即便有線程空閒，線程池也會優先建立新線程處理 設置allowCoreThreadTimeout=true（默認false）時，核心線程會超時關閉
• workQueue：任務隊列（阻塞隊列）當核心線程數達到最大時，新任務會放在隊列中排隊等待執行，該線程池中的任務隊列：維護着等待執行的Runnable對象

當全部的核心線程都在幹活時，新添加的任務會被添加到這個隊列中等待處理，若是隊列滿了，則新建非核心線程執行任務

經常使用的workQueue類型：

1. SynchronousQueue：這個隊列接收到任務的時候，會直接提交給線程處理，而不保留它，若是全部線程都在工做怎麼辦？那就新建一個線程來處理這個任務！因此爲了保證不出現<線程數達到了maximumPoolSize而不能新建線程>的錯誤，使用這個類型隊列的時候，maximumPoolSize通常指定成Integer.MAX_VALUE，即無限大

2. LinkedBlockingQueue：這個隊列接收到任務的時候，若是當前線程數小於核心線程數，則新建線程(核心線程)處理任務；若是當前線程數等於核心線程數，則進入隊列等待。因爲這個隊列沒有最大值限制，即全部超過核心線程數的任務都將被添加到隊列中，這也就致使了maximumPoolSize的設定失效，由於總線程數永遠不會超過corePoolSize

3. ArrayBlockingQueue：能夠限定隊列的長度，接收到任務的時候，若是沒有達到corePoolSize的值，則新建線程(核心線程)執行任務，若是達到了，則入隊等候，若是隊列已滿，則新建線程(非核心線程)執行任務，又若是總線程數到了maximumPoolSize，而且隊列也滿了，則發生錯誤

4. DelayQueue：隊列內元素必須實現Delayed接口，這就意味着你傳進去的任務必須先實現Delayed接口。這個隊列接收到任務時，首先先入隊，只有達到了指定的延時時間，纔會執行任務

• maxPoolSize：最大線程數

  • 當線程數>=corePoolSize，且任務隊列已滿時。線程池會建立新線程來處理任務
  • 當線程數=maxPoolSize，且任務隊列已滿時，線程池會拒絕處理任務而拋出異常

• keepAliveTime：線程空閒時間 當線程空閒時間達到keepAliveTime時，線程會退出，直到線程數量=corePoolSize 若是allowCoreThreadTimeout=true，則會直到線程數量=0 方法allowCoreThreadTimeout（）能夠設置容許核心線程超時退出

• TimeUnit ：keepAliveTime的單位，TimeUnit是一個枚舉類型，其包括：

  • NANOSECONDS ： 1微毫秒 = 1微秒 / 1000
  • MICROSECONDS ： 1微秒 = 1毫秒 / 1000
  • MILLISECONDS ： 1毫秒 = 1秒 /1000
  • SECONDS ： 秒
  • MINUTES ： 分
  • HOURS ： 小時
  • DAYS ： 天

• ThreadFactory 建立線程的方式，是一個接口，new他的時候須要實現他的Thread

• rejectedExecutionHandler：任務拒絕處理器

  • 兩種狀況會拒絕處理任務：
    • 當線程數已經達到maxPoolSize，切隊列已滿，會拒絕新任務
    • 當線程池被調用shutdown()後，會等待線程池裏的任務執行完畢，再shutdown。若是在調用shutdown()和線程池真正shutdown之間提交任務，會拒絕新任務 線程池會調用rejectedExecutionHandler來處理這個任務。若是沒有設置默認是AbortPolicy，會拋出異常

ThreadPoolExecutor類有幾個內部實現類來處理這類狀況：

• AbortPolicy 丟棄任務，拋運行時異常
• CallerRunsPolicy 執行任務
• DiscardPolicy 忽視，什麼都不會發生
• DiscardOldestPolicy 從隊列中踢出最早進入隊列（最後一個執行）的任務
• 實現RejectedExecutionHandler接口，可自定義處理器

ThreadPoolExecutor執行順序

線程池按如下行爲執行任務

面試時可能常常會被問到的一個問題

• 當線程數小於核心線程數時，建立核心線程執行任務。
• 當線程數大於等於核心線程數，且任務隊列未滿時，將任務放入任務隊列。
• 當線程數大於等於核心線程數，且任務隊列已滿
  • 若線程數小於最大線程數，建立線程執行任務
  • 若線程數等於最大線程數，拋出異常，拒絕任務，異常策略是上面介紹的那些類型

線程池中任務執行

通常狀況下有兩種方式能夠向線程池中提交任務

• execute 調用execute（）方法提交任務到線程池中進行執行，這個方法是沒有返回值的，比較經常使用，是ThreadPoolExecutor本身實現的方法；這種方式沒法判斷任務被線程池執行的狀況，好比是否成功;

• submit 調用submit方法會有返回，完整的方法描述是：public Future<?> submit(Runnable task)，其中泛型T是咱們回調的結果類型，若是咱們但願監放任務執行的結果，可使用submit方法提交任務，這個方法實際上是ThreadPoolExecutor的父類AbstractExecutorService的方法；
  返回的future可經過get()獲取返回值,get()會阻塞當前線程直到任務完成,而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法則會阻塞當前線程一段時間後當即返回,這時候可能任務沒有執行完.

默認的經常使用線程池

通常咱們可能不須要本身去根據實際須要進行參數設定對應的ThreadPoolExecutor來實現線程池，大部分狀況下，咱們使用java併發包中提供的Executors的類調用它的靜態方法獲取須要的線程池類型

• newFixedThreadPool 建立固定線程數的線程池由於最大線程數和核心線程數相等，而且是無界隊列，可控制線程最大併發數（同時執行的線程數），超出的線程會在隊列中等待

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }
    
複製代碼

• newSingleThreadExecutor 單任務隊列的線程池,最大線程數和核心線程數都是1，無界隊列，全部的任務都按照順序進行執行；

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }
複製代碼

• ScheduledThreadPool 支持定時週期性執行任務的線程池

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }
複製代碼

• CachedThreadPool 線程數無限制 有空閒線程則複用空閒線程，若無空閒線程則新建線程 必定程序減小頻繁建立/銷燬線程，減小系統開銷

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }
複製代碼

線程池的關閉

可經過調用線程池的shutdown或shutdownNow方法來關閉線程池.

它們的原理是遍歷線程池中的工做線程,而後逐個調用線程的interrupt方法來中斷線程,因此沒法響應中斷的任務可能永遠沒法終止.

可是它們存在必定的區別

• shutdownNow首先將線程池的狀態設置成STOP,而後嘗試中止全部的正在執行或暫停任務的線程,並返回等待執行任務的列表
• shutdown只是將線程池的狀態設置成SHUTDOWN狀態，而後中斷全部沒有正在執行任務的線程.

只要調用了這兩個關閉方法中的任意一個,isShutdown方法就會返回true.

當全部的任務都已關閉後,才表示線程池關閉成功,這時調用isTerminaed方法會返回true.

至於應該調用哪種方法,應該由提交到線程池的任務的特性決定,一般調用shutdown方法來關閉線程池,若任務不必定要執行完,則能夠調用shutdownNow方法.

線程池的狀態

• running狀態：當線程池建立後，初始爲 running 狀態
• shutdown狀態：調用 shutdown 方法後，處在shutdown 狀態，此時再也不接受新的任務，等待已有的任務執行完畢
• stop狀態：調用 shutdownnow 方法後，進入 stop 狀態，再也不接受新的任務，而且會嘗試終止正在執行的任務。
• terminated狀態：當處於 shotdown 或 stop 狀態，而且全部工做線程已經銷燬，任務緩存隊列已清空，線程池被設爲 terminated 狀態。

線程池的配置選擇

要想合理地配置線程池,就必須首先分析任務特性,可從如下幾個角度來分析

• 任務的性質：CPU密集型任務、IO密集型任務和混合型任務
• 任務的優先級：高、中和低
• 任務的執行時間：長、中和短
• 任務的依賴性：是否依賴其餘系統資源，如數據庫鏈接。

針對不一樣性質的任務

使用不一樣規模的線程池進行處理

• CPU密集型任務 應配置儘量小的線程,配置 N(CPU)+1或者 N(CPU) * 2
• I/O密集型任務 業務讀取較多,線程並非一直在執行任務,則應配置儘量多的線程 N(CPU)/1 - 阻塞係數(0.8~0.9)
• 混合型的任務 若是能夠拆分,將其拆分紅一個CPU密集型任務和一個IO密集型任務,只要這兩個任務執行的時間相差不是太大,那麼分解後執行的吞吐量將高於串行執行的吞吐量.若是這兩個任務執行時間相差太大,則不必進行分解.

經過Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法得到當前設備的CPU個數

針對優先級不一樣的任務

優先級不一樣的任務可使用PriorityBlockingQueue處理.它可讓優先級高 的任務先執行. 若是一直有優先級高的任務提交到隊列裏,那麼優先級低的任務可能永遠不能執行，這一點須要特別注意

針對執行時間不一樣的任務

執行時間不一樣的任務能夠交給不一樣規模的線程池來處理,或者可使用優先級隊列,讓執行時間短的任務先執行.

建議使用有界隊列 有界隊列能增長系統的穩定性和預警能力,若是咱們設置成無界隊列,那麼線程池的隊列就會愈來愈多,有可能會撐滿內存,致使整個系統不可用,而不僅是後臺任務出現問題.固然這些對於java後臺的開發比較關鍵，對於android的開發相對比較少一些；

線程池的監控

若是在系統中大量使用線程池,則有必要對線程池進行監控,方便在出現問題時,能夠根據線程池的使用情況快速定位問題.可經過線程池提供的參數進行監控,在監控線程池的時候可使用如下屬性:

taskCount：線程池須要執行的任務數量
completedTaskCount：線程池在運行過程當中已完成的任務數量，小於或等於taskCount。
largestPoolSize：線程池裏曾經建立過的最大線程數量.經過這個數據能夠知道線程池是否曾經滿過.如該數值等於線程池的最大大小,則表示線程池曾經滿過.
getPoolSize：線程池的線程數量.若是線程池不銷燬的話,線程池裏的線程不會自動銷燬，因此這個大小隻增不減.
getActiveCount：獲取活動的線程數.
複製代碼

經過擴展線程池進行監控.能夠經過繼承線程池來自定義線程池,重寫線程池的 beforeExecute、afterExecute和terminated方法,也能夠在任務執行前、執行後和線程池關閉前執行一些代碼來進行監控.例如,監控任務的平均執行時間、最大執行時間和最小執行時間等.

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