Java并发编程：线程池的使用
一. 准备工作
1. 本文参考 Java并发编程：线程池的使用
二. 相关代码文件介绍
1. ThreadPoolExecutor.java 线程池中最核心的一个类，提供了四个构造函数用于创建线程池
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); ... }
下面解释下一下构造器中各个参数的含义：
corePoolSize：核心池的大小。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：线程池最大线程数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程； 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； workQueue：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务； 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；
2. ThreadPoolExecutor类中有几个重要的方法
execute()：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。
submit()：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
shutdown()和shutdownNow()：是用来关闭线程池的
三. 深入剖析线程池实现原理
1. 线程池状态
RUNNING 当创建线程池后，初始时；
SHUTDOWN 当调用了shutdown()方法，此时线程池不能够接受新的任务，它会等待所有任务执行完毕；
STOP 当调用了shutdownNow()方法，此时线程池不能接受新的任务，并且会去尝试终止正在执行的任务；
TERMINATED 当线程池处于SHUTDOWN或STOP状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已经清空或执行结束后；
2. 任务的执行
a. 如果当前线程池中的线程数目小于corePoolSize，则每来一个任务，就会创建一个线程去执行这个任务； b. 如果当前线程池中的线程数目>=corePoolSize，则每来一个任务，会尝试将其添加到任务缓存队列当中，若添加成功，则该任务会等待空闲线程将其取出去执行；若添加失败（一般来说是任务缓存队列已满），则会尝试创建新的线程去执行这个任务； c. 如果当前线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，则会采取任务拒绝策略进行处理； d. 如果线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止，直至线程池中的线程数目不大于corePoolSize；如果允许为核心池中的线程设置存活时间，那么核心池中的线程空闲时间超过keepAliveTime，线程也会被终止。
3. 线程池中的线程初始化
默认情况下，创建线程池之后，线程池中是没有线程的，需要提交任务之后才会创建线程。
在实际中如果需要线程池创建之后立即创建线程，可以通过以下两个方法办到：
prestartCoreThread()：初始化一个核心线程；
prestartAllCoreThreads()：初始化所有核心线程
4. 任务缓存队列及排队策略
workQueue的类型为BlockingQueue<Runnable>，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。
5. 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
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
四. 使用示例
public class Test { public static void main(String[] args) { ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5)); for(int i=0;i<15;i++){ MyTask myTask = new MyTask(i); executor.execute(myTask); System.out.println("线程池中线程数目："+executor.getPoolSize()+"，队列中等待执行的任务数目："+ executor.getQueue().size()+"，已执行玩别的任务数目："+executor.getCompletedTaskCount()); } executor.shutdown(); } } class MyTask implements Runnable { private int taskNum; public MyTask(int num) { this.taskNum = num; } @Override public void run() { System.out.println("正在执行task "+taskNum); try { Thread.currentThread().sleep(4000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("task "+taskNum+"执行完毕"); } }
执行结果：
正在执行task 0 线程池中线程数目：1，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0 线程池中线程数目：2，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0 正在执行task 1 线程池中线程数目：3，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0 正在执行task 2 线程池中线程数目：4，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0 正在执行task 3 线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：0，已执行玩别的任务数目：0 正在执行task 4 线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：1，已执行玩别的任务数目：0 线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：2，已执行玩别的任务数目：0 线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：3，已执行玩别的任务数目：0 线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：4，已执行玩别的任务数目：0 线程池中线程数目：5，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0 线程池中线程数目：6，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0 正在执行task 10 线程池中线程数目：7，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0 正在执行task 11 线程池中线程数目：8，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0 正在执行task 12 线程池中线程数目：9，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0 正在执行task 13 线程池中线程数目：10，队列中等待执行的任务数目：5，已执行玩别的任务数目：0 正在执行task 14 task 3执行完毕 task 0执行完毕 task 2执行完毕 task 1执行完毕 正在执行task 8 正在执行task 7 正在执行task 6 正在执行task 5 task 4执行完毕 task 10执行完毕 task 11执行完毕 task 13执行完毕 task 12执行完毕 正在执行task 9 task 14执行完毕 task 8执行完毕 task 5执行完毕 task 7执行完毕 task 6执行完毕 task 9执行完毕
从执行结果可以看出，当线程池中线程的数目大于5时，便将任务放入任务缓存队列里面，当任务缓存队列满了之后，便创建
新的线程。如果上面程序中，将for循环中改成执行20个任务，就会抛出任务拒绝异常了。
五. Executors类
在java中，并不提倡我们直接使用ThreadPoolExecutor，而是使用Executors类中提供的几个静态方法来创建线程池：
Executors.newCachedThreadPool(); //创建一个缓冲池，缓冲池容量大小为Integer.MAX_VALUE Executors.newSingleThreadExecutor(); //创建容量为1的缓冲池 Executors.newFixedThreadPool(int); //创建固定容量大小的缓冲池
下面是这三个静态方法的具体实现;
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); } public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>())); } public static ExecutorService newCachedThreadPool() { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()); }
下面是对这三个方法的解释：
newFixedThreadPool创建的线程池corePoolSize和maximumPoolSize值是相等的，它使用的LinkedBlockingQueue；
newSingleThreadExecutor将corePoolSize和maximumPoolSize都设置为1，也使用的LinkedBlockingQueue；
newCachedThreadPool将corePoolSize设置为0，将maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE，使用的SynchronousQueue，也就是说来了任务就创建线程运行，当线程空闲超过60秒，就销毁线程。
六. 如何合理配置线程池的大小，仅供参考
一般需要根据任务的类型来配置线程池大小：
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
如果是IO密集型任务，参考值可以设置为2*NCPU
当然，这只是一个参考值，具体的设置还需要根据实际情况进行调整。
