我理解的Java併發基礎（七）：線程池和Executors工具類

線程池，顧名思義就是不少線程對象組成的一個組，對外提供執行任務的服務。調用者沒必要要關心線程的管理方面的細節。 在程序中使用線程池的好處： 1，減小內存消耗。每個線程對象對應操做系統中的一個線程，頻繁建立，佔用過多系統內存。 2，提升執行效率。系統建立線程須要時間(win系統耗時，linux能夠忽略)，線程對象在堆中的初始化也耗時。 3，管理方便。線程池負責線程的管理，並提供簡單的管理API。調用者只須要負責執行任務的建立。

一，ThreadPoolExecutor是建立和管理線程池的類，來看看它經常使用的構造API。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue)

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              RejectedExecutionHandler handler)

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler)

ThreadPoolExecutor 構造方法的這幾個參數，也是理解線程池工做的核心概念：

1，int corePoolSize，核心線程數。線程池會努力以corePoolSize個數的線程數來執行交給線程池的任務。在沒有任務的時候，核心線程是不會被回收的。

2，BlockingQueue<Runnable> workQueue，任務隊列。當線程池執行的任務數超過核心線程數的時候，即核心線程滿載的狀況下，新接受的任務將被存放到該任務隊列中。通常狀況下推薦使用阻塞隊列。 workQueue這裏支持的幾個實現類：ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue，SynchronousQueue，PriorityBlockingQueue等。

3，int maximumPoolSize，最大線程數。若是線程池接受的任務依然在增長，任務隊列workQueue滿了以後（無界隊列不會滿），會開始建立新的線程來執行任務，直到線程池的總線程數達到maximumPlloSize的大小。

4，RejectedExecutionHandler handler，拒絕策略。當線程池已經達到了最大線程數，任務隊列workQueue也已經滿了的狀況下，線程池已經沒有能力再處理新的任務了，即線程池處於飽和狀態。若是此時依然有新的任務提交給線程池，則會採起拒絕策略來執行。RejectedExecutionHandler接口就一個方法須要實現，即void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor)。JDK目前實現RejectedExecutionHandler接口的拒絕策略有4種： 4.1，AbortPolicy，直接拋出異常。 4.2，CallerRunsPolicy，使用任務提交者所在線程執行任務。 4.3，DiscardOldestPolicy，丟棄任務隊列中的頭任務，把新任務添加到隊列尾部。 4.4，DiscardPolicy，直接丟棄，不會拋異常。 固然，開發者也能夠本身實現RejectedExecutionHandler接口來達到自定義的拒絕策略。

5，ThreadFactory threadFactory 建立線程的工程。ThreadFactory接口就一個方法Thread newThread(Runnable r)。J.U.C包下就一個實現類DefaultThreadFactory，該類也是threadFactory這個參數若是不指定的時候的默認策略。

6，long keepAliveTime 和 TimeUnit unit，空閒時間。當線程池的工做線程空閒一段時間以後，超過核心線程數的線程將會被拋棄。JDK1.6以後，若是顯示調用了public void allowCoreThreadTimeOut(boolean value)這個方法，則核心線程數在必定時間內沒有任務執行的時候，也能夠被拋棄。

以上的這些構造方法的參數都有對應的public類型的get和set方法。

線程池對象在建立後，默認執行任務的時候纔開始一個一個的建立核心線程，知道累計執行了corePoolSize個任務以後才完成了核心線程的初始化。調用prestartAllCoreThreads()後能夠提早完成核心線程的初始化工做。

ThreadPoolExecutor 執行任務的API：

public void execute(Runnable command)

public <T> Future<T> submit(Callable<T> task)

ThreadPoolExecutor接受兩種類型的參數來執行任務。一種是Runnable接口類型，一種是Callable類型。後者能夠返回一個Future對象，經過future對象的get方法能夠獲取該任務的執行結果。

二，監控、關閉和擴展線程池的API：

public void shutdown(); // 關閉線程池。設置每一個正在執行任務的線程的狀態interrupt中斷標識。因此沒法相應中斷表示的任務可能永遠沒法終止。

public List<Runnable> shutdownNow(); // 關閉線程池，並返回workQueue中的Runnable對象的List。

public boolean isShutdown(); // 調用shutdown()或者shutdownNow()方法後，isShutdown()返回true。

public boolean isTerminated(); // 調用shutdown()或者shutdownNow()方法後，全部任務都已關閉後，isTerminated()返回true。

public boolean remove(Runnable task); // 若是task在workQueue中，則移除。

public void purge(); // Callable類型的任務返回的Future類型的對象能夠調用future.cancell()來取消執行。調用purge()用來清理workQueue任務隊列中已經被cancell的任務。

public int getPoolSize(); // 獲取當前線程池中的線程數量。

public int getActiveCount(); // 獲取正在執行任務的線程數。

public int getLargestPoolSize(); // 獲取線程池中曾經建立過的最大線程數量。

public long getTaskCount(); // 獲取線程池中的任務數量，包括正在被執行的線程。

public long getCompletedTaskCount(); // 線程已經執行完了任務，可是尚未執行新的任務，好比正在執行afterExecute()方法，獲取處於這個狀態的線程的個數。

protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r); // 供開發者擴展的方法，在任務執行以前會調用此方法。

protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t); // 供開發者擴展的方法，在任務執行完成以後會調用此方法。

protected void terminated(); // 供開發者擴展的方法，線程池關閉以前會調用此方法。

3、合理配置線程池。根據任務的特性，選擇合適的構造參數來構造線程池。

1，若是是CPU密集型的任務，配置較小的線程數。如：線程池核心數=CPU核心數+1； 2，若是是IO密集型的任務，能夠配置較大的線程數。如：線程池核心數=CPU核心數*2； 3，混合型的任務能夠嘗試分拆爲CPU密集型和IO密集型，再使用不一樣的線程池來處理； 4，能夠經過Runtime.getRuntime().availableProcessors()獲取當前設備的CPU核心數。

4、Executors工具類 jdk提供的Executors工具類 封裝了一些經常使用的線程池使用場景類。

1，Runnable和Callable的區別與聯繫。 兩者都是封裝了任務的對象類。前者能夠經過線程池的void execute(Runnable command)來執行，返回值爲void；後者只可以經過線程池的<T> Future<T> submit(Callable<T> task)來執行，返回future對象經過調用get()方法組設獲取返回值或者future的其餘方法完成更多操做。

2，經過Executors工具類建立FixedThreadPool。 FixedThreadPool線程池屬於ThreadPoolExecutor的一種。核心線程數固定且等於最大線程數，隊列採用LinkedBlockingQueue。該線程池的特色是採用固定大小數量的線程來處理任務，任務隊列順序執行，幾乎無界。參見其構造方法:

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

3，經過Executors工具類建立SingleThreadExecutor。 SingleThreadExecutor線程池屬於ThreadPoolExecutor的一種。核心線程數=最大線程數=1，隊列採用LinkedBlockingQueue。該線程池的特色是採用單線程來處理任務，避免併發衝突。任務隊列順序執行，幾乎無界 。參見其構造方法：

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

4，經過Executors工具類建立CachedThreadPool。 CachedThreadPool線程池屬於ThreadPoolExecutor的一種。核心線程數=0，最大線程數=Integer.MAX_VALUE，隊列採用SynchronousQueue。該線程池的特色是隊列不存任務，每一個任務都有單獨的線程執行(全量併發)。參見其構造方法：

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

5，ScheduledThreadPoolExecutor ScheduledThreadPoolExecutor是ThreadPoolExecutor的子類，用來執行週期性或定時任務。參見其構造方法：

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }

特殊指出在於隊列採用了DelayedWorkQueue，而DelayedWorkQueue是ScheduledThreadPoolExecutor的內部實現類，具備DelayQueue和PriorityQueue的特性。DelayQueue用於實現定時任務，結合PriorityQueue按time進行排序能夠實現總體任務的定時特性。

6，經過Executors工具類建立ScheduledThreadPool。 ScheduledThreadPool 線程池屬於ScheduledThreadPoolExecutor 的一種。核心線程數固定，提升任務執行效率。參見其構造方法：

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

7，經過Executors工具類建立SingleThreadScheduledExecutor。 SingleThreadScheduledExecutor線程池屬於ScheduledThreadPoolExecutor 的一種。核心線程數=1，避免併發衝突。參見其構造方法：

public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
        return new DelegatedScheduledExecutorService
            (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
    }

tips: 首選Executor的cachedThreadPool，只有任務數瞬時過大或者這種方式引起性能問題時，才切換爲FixedThreadPool。SingleThreadExecutor是線程數量爲1的FixedThreadPool，遇到多任務時會排隊執行。