9. Java中的线程池

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9.1 线程池的实现原理

9.1.1 线程池的优势

1. 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
2. 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
3. 提高线程的可管理性。使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。

9.1.2 线程池的主要处理流程

• 判断核心线程池是否已满。
  
  • 如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务；
  • 如果核心线程池已满，则进入下个流程。
• 判断工作队列是否已经满。
  
  • 如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。
  • 如果工作队列满了，则进入下个流程。
• 判断线程池的线程是否已满。
  
  • 如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。
  • 如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

总结：线程池的主要流程图

9.1.3 ThreadPoolExecutor.execute()方法执行流程

1. 如果当前运行的线程少于corePoolSize（预热阶段），则创建新线程来执行任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）。
2. 如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue。
3. 如果无法将任务加入BlockingQueue（队列已满），则创建新的线程来处理任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）。
4. 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。

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• 线程池这样设计的目的：尽可能的避免获取全局锁
• 总结：ThreadPoolExecutor的执行流程
  

9.1.4 工作线程

1. 工作线程：线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程Worker，Worker在执行完任务后，还会循环获取工作队列里的任务来执行。
2. 线程池中线程执行任务的情况及示意图
   
   1. 在execute()方法中创建一个线程时，会让这个线程执行当前任务。
   2. 这个线程执行完上图中1的任务后，会反复从BlockingQueue获取任务来执行。
      

9.2 线程池的使用

9.2.1 线程池的创建

1. ThreadPoolExecutor类的构造方法

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

2. 参数

   1. corePoolSize（线程池的基本大小）：当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建。
      
      • 如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有基本线程。
   2. runnableTaskQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。
      
      • 可以选择以下几个阻塞队列：
        
        • ArrayBlockingQueue：一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。
        • LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。
        • SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。
        • PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无界阻塞队列。
   3. maximumPoolSize（线程池最大数量）：线程池允许创建的最大线程数。
      
      • 如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。
      • 如果使用了无界的任务队列这个参数就没什么效果。
   4. ThreadFactory：用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字。
   5. RejectedExecutionHandler（饱和策略）：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。
      
      • JDK 1.5的线程池框架提供了以下4种策略：
        
        • AbortPolicy：直接抛出异常（默认）。
        • CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
        • DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
        • DiscardPolicy：不处理，丢弃掉
      • 也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。
3. 其他主要参数
   
   1. keepAliveTime（线程活动保持时间）：线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。
   2. TimeUnit（线程活动保持时间的单位）：可选的单位有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟（MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微秒（MICROSECONDS，千分之一毫秒）和纳秒（NANOSECONDS，千分之一微秒）。

9.2.2 向线程池提交任务

1. Executor.execute(Runnable command)

1. 功能：用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功。
2. 实例

threadsPool.execute(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // TODO Auto-generated method stub
    }
});

2. ExecutorService.submit()

1. submit()方法语法

<T> Future<T> submit(Callable<T> task)
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result)
Future<?> submit(Runnable task)

1. 功能：submit()方法用于提交需要返回值的任务。
   
   • 线程池会返回一个future类型的对象，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成；而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。
2. 示例代码

Future<Object> future = executor.submit(harReturnValuetask);
try {
    Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
    // 处理中断异常
} catch (ExecutionException e) {
    // 处理无法执行任务异常
} finally {
    executor.shutdown(); // 关闭线程池
}

9.2.3 关闭线程池

1. 关闭线程池的方法：调用线程池(ExecutorService接口)的shutdown()或shutdownNow()。
2. 原理：遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。
3. shutdown() & shutdownNow() 的区别
   
   • shutdownNow：首先将线程池的状态设置成STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。
   • shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。
4. 其他方法

boolean isShutdown()：只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，该方法就会返回true。
boolean isTerminated()：当所有的任务都已关闭后，才表示线程池关闭成功，这时该方法才会返回true。