ThreadPoolExecutors工做原理（一）

概要

線程池主要解決兩個問題：當執行多個異步任務時，能夠實驗線程池來提升性能，由於使用線程池能夠減小了每一個任務的調用開銷，而且提供了限制和管理資源的方式，例如線程資源。當線程池執行一個任務集合時，它也會持有一些基本的統計數據，例如完成任務的數量。爲了可以在普遍的環境中可用，這個類提供了不少可調整的參數和一些可擴展的鉤子。然而程序員都更加喜歡使用一些工廠方法：Executors#newCachedThreadPool（無界線程池而且線程可自動回收）、Executors#newFixedThreadPool（固定大小的線程池）、Executors#newSingleThreadExecutor（單個後臺線程），這些工廠已經預配置的最經常使用的場景，你也能夠手動的按照以下的指南配置和調整這個類：

核心（corePoolSize）和最大線程池數（maximumPoolSize）：

ThreadPoolExecutor能夠根據核心線程數和最大線程數自動調整池的大小。

當調用方法execute(Runable)提交一個新的任務時：

• 若是正在運行的線程數小於corePoolSize：

  建立一個新的線程處理請求，即便其餘的工做線程處於空閒狀態。

• 若是正在運行的線程數大於corePoolSize可是小於maximumPoolSize：

  只有隊列滿時纔會從新建立一個新的線程。

經過設置corePoolSize=maximumPoolSize，你能夠建立一個大小固定的線程池。

經過設置maximumPoolSize爲一個無窮大數值（例如Integer.MAX_VALUE）,那麼說明你配置的線程池能夠容納任意數量的併發任務。

通常狀況下，corePoolSize和maximumPoolSize都會在建立的時候指定的，可是大家也能夠經過調用setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()來動態的調整這兩個值。

按需建立：

默認狀況下，核心線程只有當任務到達時纔會進行建立和開啓，可是能夠重寫方法`prestartCoreThread`或者`prestartAllCoreThreads`改變這個行爲。若是你構建的線程池帶有一個非空的隊列，你可能須要提早開啓一些線程。

• 建立新的線程：

  新的線程是經過使用ThreadFactory來建立的，若是沒有指定的話，就會使用默認的Executors#defaultThreadFactory，這個默認的工廠建立出的線程都具備相同的ThreadGroup和相同的優先級而且都不是後臺線程。經過實現一個不一樣的線程工廠，你能夠修改線程的名字、線程組、優先級、後臺狀態等等。若是ThreadFactory在從newThread中返回null時未能建立線程，則執行程序將繼續，但可能沒法執行任何任務。線程應該具備修改線程的權限。若是工做線程或者其餘線程使用線程池是不具備這個權限，服務能夠會被降級：配置改變可能沒法及時生效，and a shutdown pool may remain in a* state in which termination is possible but not completed。

Keep-alive時間：

若是線程池有超過corePoolSize數的線程數，若是這些過量的線程空閒時間超過`keepAliveTime`將會被終止。當線程池沒有被使用充分時，這種機制能夠下降資源的消耗。當線程池以後又變得活躍起來，新的線程又會被建立。這個參數能夠被動態的改變，使用`setKeepAliveTime(long,TimeUnit)`。經過使用`Integer.MAX_VALUE`能夠有效的禁用此功能。默認狀況下，只有當前的線程數大於corePoolSize，這個策略纔會生效。可是方法`allowCoreThreadTimeOut(boolean)`也可以將核心線程使用這種策略，只要`keepAliveTime`非0便可。

隊列：

任何`BlockingQueue`均可以用來傳輸和保存提交的任務，此隊列的使用和線程池大小有以下的交互：

• 若是運行的線程數量小於corePoolSize：

  Executor會建立一個新的線程而不是添加到隊列中。

• 若是容許的線程數量大於corePoolSize：

  Executor會將任務添加到隊列中而不是建立一個新的線程。

• 若是一個請求不能添加到隊列中（隊列已滿），若是容許的線程小於maximumPoolSize，將會建立一個新的線程，不然，該任務將會被拒絕。

• 隊列有三種常見的策略：

  • 直接提交： 它將任務直接提交給線程而不保存它們。在此，若是不存在可用於當即運行任務的線程，則試圖把任務加入隊列將失敗，所以會構造一個新的線程。此策略能夠避免在處理可能具備內部依賴性的請求集時出現鎖。直接提交一般要求無界 maximumPoolSizes 以免拒絕新提交的任務。當命令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時，此策略容許無界線程具備增加的可能性。 SynchronousQueue線程安全的Queue，能夠存放若干任務（但當前只容許有且只有一個任務在等待），其中每一個插入操做必須等待另外一個線程的對應移除操做，也就是說A任務進入隊列，B任務必須等A任務被移除以後才能進入隊列，不然執行異常策略。你來一個我扔一個，因此說SynchronousQueue沒有任何內部容量。關於SynchronousQueue：http://blog.csdn.net/yanyan19...
  • 無界隊列：使用一個沒有提早預設容量的無界的隊列，例如：LinkedBlockingQueue，當全部的核心線程處於繁忙時，全部新的任務都會被添加到隊列中。所以若是運行線程數不超過corePoolSize，將會建立一個新的線程（maximumPoolSize這個值將不會再起做用），當每一個任務徹底獨立於其餘任務時，這多是合適的，所以任務不能影響彼此的執行。在一個網頁服務器。雖然這種排隊方式能夠有效地消除瞬時突發請求，可是當命令以比它們能夠被處理的速度更快地平均到達時，可能會致使無限制的工做隊列增加。
  • 有界隊列：有限的隊列（例如，ArrayBlockingQueue）有助於防止與有限的maximumPoolSizes一塊兒使用時的資源耗盡，但可能更難以調整和控制。 隊列大小和最大池大小能夠相互交換：使用大隊列和小池能夠最大限度地減小CPU使用率，操做系統資源和上下文切換開銷，但可能致使人爲的低吞吐量。 若是任務常常阻塞（例如，若是它們是I / O型操做），則系統可能可以安排時間來得到比您容許的更多的線程。 使用小隊列一般須要更大的池大小，這會使CPU更繁忙，但可能會遇到不可接受的調度開銷，這也會下降吞吐量。

拒絕任務：

當Executor已經被關閉時，再調用`execute(Runable)`方法添加一個任務時將會被拒絕，當Executor使用有界隊列時，隊列和最大線程數都已經飽和，將會調RejectedExecutionHandler#rejectedExecution(Runnable, ThreadPoolExecutor)方法。提供4種預約義的處理器：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：該處理器拋出一個運行時異常RejectedExecutionException。

ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：使用調用者本身的線程運行任務。 提供了一個簡單的反饋控制機制，能夠減慢提交新任務的速度。

ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丟棄任務。

ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：若是executor尚未被關閉，隊列頭部的任務將會被丟棄，而且從新執行（可能再一次失敗，可是會重複執行）

你能夠定義並使用其餘的實現自RejectedExecutionHandler的類。要作到這一點須要特別注意，特別是在策略僅在特定能力或排隊政策下工做的狀況下。

鉤子方法：

這個類提供一寫被protected修飾的方法：

beforeExecute(Thread, Runnable),afterExecute(Runnable, Throwable)

這些方法會在每一個任務執行以前和執行以後被調用，這些能夠用來操做執行環境；例如：從新初始化ThreadLocals，收集統計數據，或者添加log。另外，terminated也能夠被重寫當執行程序徹底終止後須要執行的特殊處理。

若是鉤子或者callback方法拋出異常，內部工做線程可能會失敗並忽然終止。

維護隊列：

方法`getQueue()`運行訪問工做隊列以此來進行監控和調試。強烈建議不要將這種方法用於任何其餘目的。當大量的排隊的任務被取消時，兩個提供的方法`remove()`和`purge()`可用來幫助存儲回收。

回收：

當線程池在程序中不在被引用而且再也不持有線程，將會自動關閉。若是你但願確保即便用戶忘記調用`shutdown()`也能夠回收未引用的線程池，那麼必須設置適當的保持活動的時間，使用0核心線程的下限來安排未使用的線程最終死亡或設置`allowCoreThreadTimeOut(boolean)`

問題？

• 隊列中的三種策略中，直接提交的工做原理是怎麼樣的？
• 如何擴展ThreadPoolExecutors？
• 線程池的工做原理是怎麼樣的？如何提交一個任務？如何處理一個任務？
• 建立一個線程的流程？
• ​