java線程池核心基礎

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一. 線程池的概念：

線程池就是管理線程的池子，首先建立一些線程，它們的集合稱爲線程池。使用線程池能夠很好地提升性能，線程池在系統啓動時即建立大量空閒的線程，程序將一個任務傳給線程池，線程池就會啓動一條線程來執行這個任務，執行結束之後，該線程並不會死亡，而是再次返回線程池中成爲空閒狀態，等待執行下一個任務。

線程池的優點 經過重用已存在的線程，下降線程建立和銷燬線程形成的開銷， 提升系統響應速度，當有任務到達時，直接從線程池中取線程，經過複用已存在的線程，無需等待便能當即執行； 提升線程可管理性。由於線程如果無限制的建立，不只會消耗系統資源，還會下降系統穩定性。(內存佔用過多而產生OOM，而且會形成cpu過分切換)

二.Java線程池建立與主要參數

不管是建立何種類型線程池(FixedThreadPool、CachedThreadPool…)，均會調用ThreadPoolExecutor構造函數。 newFixedThreadPool (固定數目線程的線程池) newCachedThreadPool(可緩存線程的線程池) newSingleThreadExecutor(單線程的線程池) newScheduledThreadPool(定時及週期執行的線程池)

public ThreadPoolExecutor(
  int corePoolSize, // 線程池長期維持的線程數，即便線程處於Idle狀態，也不會回收。
  int maximumPoolSize, // 線程數的上限
  long keepAliveTime, TimeUnit unit, // 超過corePoolSize的線程的idle時長，
                                     // 超過這個時間，多餘的線程會被回收。
  BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任務的排隊隊列
  ThreadFactory threadFactory, // 新線程的產生方式
  RejectedExecutionHandler handler) // 拒絕策略
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corePoolSize：the number of threads to keep in the pool, even if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set （核心線程數大小：無論它們建立之後是否是空閒的。線程池須要保持 corePoolSize 數量的線程，除非設置了 allowCoreThreadTimeOut。）

maximumPoolSize：the maximum number of threads to allow in the pool。（最大線程數：線程池中最多容許建立 maximumPoolSize 個線程。）

keepAliveTime：when the number of threads is greater than the core, this is the maximum time that excess idle threads will wait for new tasks before terminating。（存活時間：若是通過 keepAliveTime 時間後，超過核心線程數的線程尚未接受到新的任務，那就回收。）

unit：the time unit for the {@code keepAliveTime} argument （keepAliveTime 的時間單位。）

workQueue：the queue to use for holding tasks before they are executed. This queue will hold only the {@code Runnable} tasks submitted by the {@code execute} method。（存放待執行任務的隊列：當提交的任務數超過核心線程數大小後，再提交的任務就存放在這裏。它僅僅用來存放被 execute 方法提交的 Runnable 任務。因此這裏就不要翻譯爲工做隊列了，好嗎？不要本身給本身挖坑。）

threadFactory：the factory to use when the executor creates a new thread。（線程工程：用來建立線程工廠。好比這裏面能夠自定義線程名稱，當進行虛擬機棧分析時，看着名字就知道這個線程是哪裏來的，不會懵逼。）

handler ：the handler to use when execution is blocked because the thread bounds and queue capacities are reached。（拒絕策略：當隊列裏面放滿了任務、最大線程數的線程都在工做時，這時繼續提交的任務線程池就處理不了，應該執行怎麼樣的拒絕策略。）

三.線程池任務執行過程：

提交一個任務，線程池裏存活的核心線程數小於線程數corePoolSize時，線程池會建立一個核心線程去處理提交的任務。

若是線程池核心線程數已滿，即線程數已經等於corePoolSize，一個新提交的任務，會被放進任務隊列workQueue排隊等待執行。

當線程池裏面存活的線程數已經等於corePoolSize了,而且任務隊列workQueue也滿，判斷線程數是否達到maximumPoolSize，即最大線程數是否已滿，若是沒到達，建立一個非核心線程執行提交的任務。

若是當前的線程數達到了maximumPoolSize，還有新的任務過來的話，直接採用拒絕策略處理。

四.線程池拒絕策略

線程池拒絕策略分爲一下幾種： AbortPolicy:直接拋出RejectedExecutionException，默認策略。

DiscardPolicy: 什麼也不作，直接丟棄任務。

DiscardOldestPolicy:拋棄下一個將要被執行的任務(丟棄執行隊列中最老的任務，嘗試爲當前提交的任務騰出位置)。

CallerRunsPolicy:主線程中執行任務(由提交任務者執行這個任務)。

五.工做隊列

幾種典型的工做隊列 ArrayBlockingQueue:使用數組實現的有界阻塞隊列，特性先進先出。

LinkedBlockingQueue:LinkedBlockingQueue（可設置容量隊列）基於鏈表結構的阻塞隊列，按FIFO排序任務，容量能夠選擇進行設置，不設置的話，將是一個無邊界的阻塞隊列，最大長度爲Integer.MAX_VALUE，吞吐量一般要高於ArrayBlockingQuene；newFixedThreadPool線程池使用了這個隊列；

PriorityBlockingQueue:使用平衡二叉樹堆，實現的具備優先級的無界阻塞隊列

DelayQueue:DelayQueue（延遲隊列）是一個任務定時週期的延遲執行的隊列。根據指定的執行時間從小到大排序，不然根據插入到隊列的前後排序； newScheduledThreadPool線程池使用了這個隊列；

SynchronousQueue:一個不存儲元素的阻塞隊列，每一個插入操做，必須等到另外一個線程調用移除操做，不然插入操做一直處於阻塞狀態。吞吐量一般要高於LinkedBlockingQuene，newCachedThreadPool線程池使用了這個隊列；

LinkedTransferQueue： 一個由鏈表結構組成的無界阻塞隊列。 相對於其餘阻塞隊列LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。

LinkedBlockingDeque： 一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列。 是一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列

六.常見線程池

SingleThreadExecutor： public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue())); }

建立單個線程。它適用於須要保證順序地執行各個任務;而且在任意時間點，不會有多個線程是活動的應用場景。

SingleThreadExecutor的corePoolSize和maximumPoolSize被設置爲1，每次只能有一個線程存活。使用無界隊列LinkedBlockingQueue（先進先出原則，因此保證了任務的按順序逐一進行）做爲線程池的工做隊列。

當線程池中沒有線程時，會建立一個新線程來執行任務。

當前線程池中有一個線程後，將新任務加入LinkedBlockingQueue

線程執行完第一個任務後，會在一個無限循環中反覆從LinkedBlockingQueue 獲取任務來執行。 keepAliveTime爲0

使用場景：適用於串行執行任務的場景，一個任務一個任務地執行；

FixedThreadPool：

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }
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特色： 核心線程數和最大線程數大小同樣 keepAliveTime爲0L，表明多餘的線程馬上終止 阻塞隊列爲無界隊列LinkedBlockingQueue

FixedThreadPool是一種線程數量固定的線程池，當線程處於空閒狀態時，他們並不會被回收，除非線程池被關閉。當全部的線程都處於活動狀態時，新的任務都會處於等待狀態，直到有線程空閒出來。

注意：使用無界隊列的線程池會致使內存飆升，由於newFixedThreadPool使用了無界的阻塞隊列LinkedBlockingQueue，若是線程獲取一個任務後，任務的執行時間比較長，會致使隊列的任務越積越多，致使機器內存使用不停飆升， 最終致使OOM；

使用場景：適用於處理CPU密集型的任務，確保CPU在長期被工做線程使用的狀況下，儘量的少的分配線程，即適用執行長期的任務。

CachedThreadPool：

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

核心線程數爲0 所有都是非核心線程，最大線程數爲Integer.MAX_VALUE 阻塞隊列是SynchronousQueue（最多隻能存在一個元素,有新的任務則阻塞等待） 非核心線程空閒存活時間爲60秒

使用場景：執行大量短生命週期任務。由於maximumPoolSize是無界的，因此提交任務的速度 > 線程池中線程處理任務的速度就要不斷建立新線程；每次提交任務，都會當即有線程去處理，所以CachedThreadPool適用於處理大量、耗時少的任務。

ScheduledThreadPool：

線程總數閾值爲Integer.MAX_VALUE,工做隊列使用DelayedWorkQueue，

非核心線程存活時間爲0，因此線程池僅僅包含固定數目的核心線程。

兩種方式提交任務：

scheduleAtFixedRate: 按照固定速率週期執行

scheduleWithFixedDelay：上個任務延遲固定時間後執行

使用場景：週期性執行任務，而且須要限制線程數量的場景