Java并发之线程池

线程池是为了避免频繁地创建和销毁线程而设计的，可以让创建的线程复用。

1、常用线程池

ThreadPollExecutor表示一个线程池，Executors扮演着线程池工厂的角色，通过Executos可以取得一个特定功能的线程池。

// 返回固定线程数量的线程池
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
               new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
//返回一个只有一个线程的线程池
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
               0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
//线程数量不确定，适合 short-lived asynchronous tasks
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
               60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());
}
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

2、计划任务

newScheduledThreadPool() 返回ScheduledExecutorService 对象，可以根据时间需要对线程进行调度。
ScheduledExecutorService 对象的方法如下：

//delay时间后，执行command
public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit);

//delay时间后，执行callable,相比command，callable有返回值
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit);

//固定频率的周期性调度
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay,
                                                  long period, TimeUnit unit);
//上一个任务执行完后，过delay时间后的延时执行                                                  
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay,
                                                  long delay, TimeUnit unit);

scheduleAtFixedRate：任务调度的频率是一定的。以上一个任务开始执行的时间为起点，之后的period时间后，调度下一次任务。若前面的任务没有完成，则调度也不会启动。周期如果太短，那任务就会在上一个任务结束后，立即调用。

scheduleWithFixedDelay：在上一个任务结束后，再经过delay时间进行任务调度。

注意： 如果任务遇到异常，那后续的所有子任务都会停止调度，所以必须保证异常要即时处理。

3、自定义线程池

从以上核心线程池的实现可以发现，他们都是ThreadPoolExecutorde 封装，

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,    //指定线程池中的线程数量
                          int maximumPoolSize, //线程池中最大线程数量 
                          long keepAliveTime,  //当线程池中的线程数量大于corePoolSize时，多余的空闲线程的存活时间
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

可以根据自己的需求，重新设置以上的参数来自定义线程池。例如：

ExecutorService es = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, 
                   new SynchronousQueue<Runnable>(),
                   new ThreadFactory() {
                    @Override
                    public Thread newThread(Runnable r) {
                        Thread t = new Thread(r);
                        //设置为守护线程
                        t.setDaemon(true);
                        System.out.println("Created " + t);
                        return t;
                    }
});

4.拒绝策略

最后一个参数RejectedExecutionHandler handler 指定拒绝策略，也就是任务数量超过了系统实际承载的能力时，该如何处理。
当线程池中的线程已经用完了，无法为新任务服务，同时等待队列也已经排满，再也塞不下新任务的时候，就需要有一套机制来合理处理这个问题。

JDK提供了如下四种策略：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy(默认)：直接丢弃任务并抛出RejectedExecutionException
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：会使用当前提交任务的线程去执行任务，这种策略会导致任务提交的速度下降。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：直接丢弃任务，不予任何处理。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃任务队列中的头部的任务，然后再次尝试提交当前任务。

5、扩展线程池

当我们想监控每个任务执行的开始和结束时间，或者其他一些自定义的增强功能，就可以使用ThreadPoolExecutor提供的接口来实现。
ThreadPoolExecutor.Worker 的 runWorker(Worker w) 内部一部分实现如下：

beforeExecute(wt, task);              //运行前
Throwable thrown = null;
try {
    task.run();                       //运行任务
} catch (RuntimeException x) {
    thrown = x; throw x;
} catch (Error x) {
    thrown = x; throw x;
} catch (Throwable x) {
    thrown = x; throw new Error(x);
} finally {
    afterExecute(task, thrown);       //运行结束
}                    

runWorker() 会被线程池以多线程模式异步调用，即会被多个线程同时访问，所以beforeExecute()、afterExecute() 也将同时被多线程访问。
beforeExecute()、afterExecute() 默认是空的实现，我们可以自己来实现对线程池的运行状态进行跟踪，输出调试信息。

ExecutorService es = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, 
                   new LinkedBlockingQueue<Runnable>()) {

                    @Override
                    protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
                        System.out.println("准备执行："  + r.name);
                    }

                    @Override
                    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
                        System.out.println("执行完成："  + r.name);
                    }

                    @Override
                    protected void terminated() {
                        System.out.println("线程池退出");
                    }
};
....
es.shutdown();

shutdown() 关闭线程池。不会立即暴力地终止所有任务，会等到所有的任务执行完后再关闭线程池。但当shutdown() 执行后，就不能再接受其他新的任务了。

6、堆栈信息

异常堆栈对于调试非常重要，如果没有异常堆栈信息，排查问题时，就得加班熬夜了。
线程池可能会吃掉程序抛出的异常，导致我们对程序的错误一无所知。

submit()会吃掉抛出的异常，可以改成如下两种方式：

Future fu = es.submit(Runnable r);
fu.get();

es.execute(Runnable r);

以上两种方式只会得到部分堆栈信息，如果想要得到全部的堆栈信息，就得要自定义线程池了，让他在调度任务之前，先保存一下提交任务线程的堆栈信息。