併發編程之線程池ThreadPoolExecutor

前言

在咱們平時本身寫線程的測試demo時，通常都是用new Thread的方式來建立線程。可是，咱們知道建立線程對象，就會在內存中開闢空間，而線程中的任務執行完畢以後，就會銷燬。

單個線程的話還好，若是線程的併發數量上來以後，就會頻繁的建立和銷燬對象。這樣，勢必會消耗大量的系統資源，進而影響執行效率。

因此，線程池就應運而生。

線程池ThreadPoolExecutor

能夠經過idea先看下線程池的類圖，瞭解一下它的繼承關係和大概結構。

它繼承自AbstractExecutorService類，這是一個抽象類，不過裏邊的方法都是已經實現好的。而後這個類實現了ExecutorService接口，裏邊聲明瞭各類方法，包括關閉線程池，以及線程池是否已經終止等。此接口繼承自父接口Executor，裏邊只聲明瞭一個execute方法。

線程池就是爲了解決單個線程頻繁的建立和銷燬帶來的性能開銷。同時，能夠幫咱們自動管理線程。而且不須要每次執行新任務都去建立新的線程，而是重複利用已有的線程，大大提升任務執行效率。

咱們打開 ThreadPoolExecutor的源碼，能夠看到總共有四個構造函數。

可是，前三個最終都會調用到最後一個構造函數。咱們來看下這個構造函數都有哪些參數。（其實，多看下參數的英文解釋就能明白其中的含義，看來英語對程序員來講是真的重要呀）

//核心構造函數
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
 }

1）corePoolSize

表明核心線程數。每當新的任務提交過來的時候，線程池就會建立一個核心線程來執行這個任務，即便已經有其餘的核心線程處於空閒狀態。 而當須要執行的任務數大於核心線程數時，將再也不建立新的核心線程。

其實，咱們能夠看下JDK提供的官方註釋說明。even if they are idle，就照應上邊的加粗字體。

此外，最後一句話說，除非allowCoreThreadTimeOut 這個參數被設置了值。

什麼意思呢，能夠去看下這個參數默認值是false，表明當核心線程在空閒狀態時，即沒有任務在執行，就會一直存活，不會銷燬。而設置爲true以後，就會有線程存活時間，即假如設置存活時間60秒，則60秒以後，若是沒有新的可執行任務，則核心線程也會自動銷燬。

2）maximumPoolSize

線程所容許的最大數量。即，當阻塞隊列已滿的時候，而且已經建立的線程數小於最大線程數，則會建立新的線程去執行任務。因此，這個參數只有在阻塞隊列滿的狀況下才有意義。所以，對於無界隊列，這個參數將會失去效果。

3）keepAliveTime

表明線程空閒後，保持存活的時間。也就是說，超過必定的時間沒有任務執行，線程就會自動銷燬。

注意，這個參數，是針對大於核心線程數，小於最大線程數的那部分非核心線程來講的。若是是任務數量特別多的狀況下，能夠適當增長這個參數值的大小。以保證，在下個任務到來以前，此線程不會當即銷燬，從而避免線程的從新建立。

4）unit

這個是描述存活時間的時間單位。可使用TimeUnit裏邊的枚舉值。

5）workQueue

表明阻塞隊列，存儲全部等待執行的任務。

6）threadFactory

表明用來建立線程的工廠。能夠自定義一個工廠，傳參進來。若是不指定的話，就會使用默認工廠（Executors類裏邊的 DefaultThreadFactory）。

能夠看到，會給每一個線程的名字指定一個有規律的前綴。而且每一個線程都設置相同的優先級（優先級總共有三個，一、五、10）。優先級能夠理解爲，優先級高的線程被執行的機率會更高，可是不表明優先級高的線程必定會先執行。

7）handler

這個參數表明，拒絕策略。當阻塞隊列和線程池都滿了，即達到了最大線程數，會用什麼策略來處理。一共有四種策略可供選擇，分別對應四個內部類。

• AbortPolicy：直接拒絕，並拋出異常，這也是默認的策略。
• CallerRunsPolicy：直接讓調用execute方法的線程去執行此任務。
• DiscardOldestPolicy：丟棄最老的未處理的任務，而後從新嘗試執行當前的新任務。
• DiscardPolicy：直接丟棄當前任務，可是不拋異常。

總結一下線程池的執行過程。

1. 當線程數量未達到corePoolSize的時候，就會建立新的線程來執行任務。
2. 當核心線程數已滿，就會把任務放到阻塞隊列。
3. 當隊列已滿，而且未達到最大線程數，就會新建非核心線程來執行任務。
4. 當隊列已滿，而且達到了最大線程數，則選擇一種拒絕策略來執行。

線程池經常使用的一些方法

咱們通常用 execute 方法來提交任務給線程池。當線程須要返回值時，可使用submit 方法。

shutdown方法用來關閉線程池。注意，此時再也不接受新提交的任務，可是，會繼續處理正在運行的任務和阻塞隊列裏邊的任務。

shutdownNow也會關閉線程池。可是，它再也不接受新任務，而且會嘗試終止正在運行的任務。

用Executors建立線程池

瞭解了線程池工做流程以後，那麼咱們怎樣去建立它呢。

Executors類提供了四種經常使用的方法。能夠發現它們最終都調用了線程池的構造方法。都有兩種建立方式，其中一種能夠傳自定義的線程工廠。此處，只貼出不帶工廠的方法便於理解。

①newFixedThreadPool

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

建立一個固定大小的線程池。核心線程數和最大線程數相等。當線程數量達到核心線程數時，新任務就會放到阻塞隊列裏邊等待執行。

②newSingleThreadExecutor

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

建立一個核心線程數和最大線程數都是1的線程池。即線程池中只會存在一個正在執行的線程，若線程空閒則執行，不然把任務放到阻塞隊列。

③ newCachedThreadPool

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

建立一個可根據實際狀況調整線程個數的線程池。這句話，能夠理解爲，有多少任務同時進來，就會建立同等數量的線程去執行任務。固然，這是在線程數不能超過Integer最大值的前提下。

當再來一個新任務時，如有空閒線程則執行任務。不然，等線程空閒60秒以後，就會自動回收。

當沒有新任務，就不會建立新的線程。

④newScheduledThreadPool

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

建立一個可指定核心線程數的線程池。這個線程池能夠執行週期性的任務。
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