03.线程池的用法ThreadPoolExecutor类的详解

线程使用时我们要创建，不用时又要销毁，这样频繁的使用与销毁线程时会消耗大量的时间与资源，怎样才能避免使用线程时不必频繁的创建与销毁线程呢？

这就要用到线程池技术：将多个线程放入一个池子中，由池子去管理这些线程的创建、使用与销毁。

ThreadPoolExecutor

线程池的核心类： ThreadPoolExecutor 。

1.ThreadPoolExecutor的父类继承关系：

1.ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService (抽象类)

2.AbstractExecutorService(抽象类)，它实现了ExecutorService接口。

3.ExecutorService又继承了Executor接口

Executor是一个顶层接口，在它里面只声明了一个方法execute(Runnable)，返回值为void，参数为Runnable类型，从字面意思可以理解，就是用来执行传进去的任务的；

ExecutorService接口继承了Executor接口，并声明了一些方法：submit、invokeAll、invokeAny以及shutDown等；

抽象类AbstractExecutorService实现了ExecutorService接口，基本实现了ExecutorService中声明的所有方法；

2.ThreadPoolExecutor的构造方法：

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    
    
   
    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,ThreadFactory threadFactory);
 
    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);
    
}

构造方法的参数介绍：

corePoolSize：核心池的大小，这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，而是等待有任务到来才创建线程去执行任务，除非调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，从这2个方法的名字就可以看出，是预创建线程的意思，即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中；
maximumPoolSize：线程池中允许的最大线程数。如果当前阻塞队列满了，且继续提交任务，则创建新的线程执行任务，前提是当前线程数小于maximumPoolSize；当阻塞队列是无界队列, 则maximumPoolSize则不起作用, 因为无法提交至核心线程池的线程会一直持续地放入workQueue.
keepAliveTime：表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时，keepAliveTime才会起作用，直到线程池中的线程数不大于corePoolSize，即当线程池中的线程数大于corePoolSize时，如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，keepAliveTime参数也会起作用，直到线程池中的线程数为0；
unit：参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值，在TimeUnit类中有7种静态属性：

TimeUnit.HOURS;             //小时
TimeUnit.MINUTES;           //分钟
TimeUnit.SECONDS;           //秒
TimeUnit.MILLISECONDS;      //毫秒
TimeUnit.MICROSECONDS;      //微妙
TimeUnit.NANOSECONDS;       //纳秒

workQueue：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，这个参数的选择也很重要，会对线程池的运行过程产生重大影响，一般来说，这里的阻塞队列有以下几种选择：

ArrayBlockingQueue;
LinkedBlockingQueue;
SynchronousQueue;

ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue使用较少，一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。

threadFactory：线程工厂，主要用来创建线程；
handler：表示当拒绝处理任务时的策略，有以下四种取值：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。 
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。 
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务

3.ThreadPoolExecutor类中有几个重要的方法：

1.execute()

execute()方法实际上是Executor中声明的方法，在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现，这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法，通过这个方法可以向线程池提交一个任务，交由线程池去执行。

2.submit()

submit()方法是在ExecutorService中声明的方法，在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现，在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写，这个方法也是用来向线程池提交任务的，但是它和execute()方法不同，它能够返回任务执行的结果，去看submit()方法的实现，会发现它实际上还是调用的execute()方法，只不过它利用了Future来获取任务执行结果。

3.shutdown()和shutdownNow()

shutdown()：不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务
shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务

在ThreadPoolExecutor类中，最核心的任务提交方法是execute()方法，虽然通过submit也可以提交任务，但是实际上submit方法里面最终调用的还是execute()方法：

public void execute(Runnable command) {
    
    
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    //1.获取当前正在运行的线程个数
    int c = ctl.get();
    //2.判断当前线程数是否小于核心线程数
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
    
    
        //2.1 新建一个线程执行任务
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    //3.核心池已满，但任务队列未满，添加到队列中
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
    
    
        //任务成功添加到队列以后，再次检查是否需要添加新的线程，因为已存在的线程可能被销毁了
        int recheck = ctl.get();
        if (!isRunning(recheck) && remove(command))
            //3.2如果线程池处于非运行状态，并且把当前的任务从任务队列中移除成功，则拒绝该任务
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            //3.3如果之前的线程已被销毁完，新建一个线程
            addWorker(null, false);
    }
    else if (!addWorker(command, false)) //4.核心池已满，队列已满，试着创建一个新线程
        reject(command);//如果创建新线程失败了，说明线程池被关闭或者线程池完全满了，拒绝任务
}

4.ThreadPoolExecutor类的主要属性列举

private final BlockingQueue<Runnable> workQueue;              //任务缓存队列，用来存放等待执行的任务
private final ReentrantLock mainLock = new ReentrantLock();   //线程池的主要状态锁，对线程池状态（比如线程池大小、runState等）的改变都要使用这个锁
private final HashSet<Worker> workers = new HashSet<Worker>();  //用来存放工作集
private volatile long  keepAliveTime;    //线程存活时间   
private volatile boolean allowCoreThreadTimeOut;   //是否允许为核心线程设置存活时间
private volatile int   corePoolSize;     //核心池的大小（即线程池中的线程数目大于这个参数时，提交的任务会被放进任务缓存队列）
private volatile int   maximumPoolSize; //线程池支持的最大线程数
 
private volatile int   poolSize;       //线程池中当前的线程数
 
private volatile RejectedExecutionHandler handler; //任务拒绝策略
 
private volatile ThreadFactory threadFactory;   //线程工厂，用来创建线程
 
private int largestPoolSize;   //用来记录线程池中曾经出现过的最大线程数
 
private long completedTaskCount;   //用来记录已经执行完毕的任务个数

5.任务缓存队列及排队策略

在前面我们多次提到了任务缓存队列，即workQueue，它用来存放等待执行的任务。

workQueue的类型为BlockingQueue，通常可以取下面三种类型：

1）ArrayBlockingQueue：基于数组的先进先出队列，此队列创建时必须指定大小；

2）LinkedBlockingQueue：基于链表的先进先出队列，如果创建时没有指定此队列大小，则默认为Integer.MAX_VALUE；

3）synchronousQueue：这个队列比较特殊，它不会保存提交的任务，而是将直接新建一个线程来执行新来的任务。

6.任务拒绝策略

当线程池的任务缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略，通常有以下四种策略：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：该任务被线程池拒绝，由调用 execute方法的线程执行该任务。

7.常用工厂方法

为了方便对于线程池的使用，在 Executors 里面提供了几个线程池的工厂方法，这样，很多新手就不需要了解太多关于 ThreadPoolExecutor 的知识了，他们只需要直接使用Executors 的工厂方法，就可以使用线程池：

newFixedThreadPool：该方法返回一个固定数量的线程池，线程数不变，当有一个任务提交时，若线程池中空闲，则立即执行，若没有，则会被暂缓在一个任务队列中，等待有空闲的线程去执行。
newSingleThreadExecutor: 创建一个线程的线程池，若空闲则执行，若没有空闲线程则暂缓在任务队列中。
newCachedThreadPool：返回一个可根据实际情况调整线程个数的线程池，不限制最大线程数量，若用空闲的线程则执行任务，若无任务则不创建线程。并且每一个空闲线程会在 60 秒后自动回收
newScheduledThreadPool: 创建一个可以指定线程的数量的线程池，但是这个线程池还带有延迟和周期性执行任务的功能，类似定时器。

7.如何合理配置线程池的大小

如何合理配置线程池大小，一般需要根据任务的类型来配置线程池大小：

1.如果是CPU密集型任务，就需要尽量压榨CPU，参考值可以设为 NCPU+1

2.如果是IO密集型任务，参考值可以设置为2 * NCPU
　
给大家提供一个很nice的公式：

最佳线程数目 = （（线程等待时间+线程CPU时间）/线程CPU时间）* CPU数目

比如：我们的服务器CPU核数为4核，一个任务线程cpu耗时为20ms，线程等待（网络IO、磁盘IO）耗时80ms，那最佳线程数目：( 80 + 20 )/20 * 4 = 20。也就是设置20个线程数最佳。

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ThreadPoolExecutor

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