Java四种线程池newCachedThreadPool,newFixedThreadPool,newScheduledThreadPool,newSingleThreadExecutor

1、new Thread的弊端

执行一个异步任务你还只是如下new Thread吗？

Java

 

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

那你就out太多了，new Thread的弊端如下：

a. 每次new Thread新建对象性能差。
b. 线程缺乏统一管理，可能无限制新建线程，相互之间竞争，及可能占用过多系统资源导致死机或oom。
c. 缺乏更多功能，如定时执行、定期执行、线程中断。
相比new Thread，Java提供的四种线程池的好处在于：
a. 重用存在的线程，减少对象创建、消亡的开销，性能佳。
b. 可有效控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞。
c. 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。

 

2、Java 线程池
Java通过Executors提供四种线程池，分别为：
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个周期线程池，支持定时及周期性任务执行。
newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

(1). newCachedThreadPool
创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。示例代码如下：

Java

 

ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
try {
Thread.sleep(index * 1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
 
cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
 
@Override
public void run() {
System.out.println(index);
}
});
}

线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

(2). newFixedThreadPool
创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。示例代码如下：

Java

 

ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
 
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(index);
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
});
}

　　

因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字。

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()。可参考PreloadDataCache。

 

(3) newScheduledThreadPool
创建一个周期线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下：

Java

ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
 
@Override
public void run() {
System.out.println("delay 3 seconds");
}
}, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟3秒执行。

定期执行示例代码如下：

Java

scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
 
@Override
public void run() {
System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
}
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

 

表示延迟1秒后每3秒执行一次。

ScheduledExecutorService比Timer更安全，功能更强大，后面会有一篇单独进行对比。

 

(4)、newSingleThreadExecutor
创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下：

Java

 

ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
final int index = i;
singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
 
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(index);
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
});
}

结果依次输出，相当于顺序执行各个任务。

现行大多数GUI程序都是单线程的。Android中单线程可用于数据库操作，文件操作，应用批量安装，应用批量删除等不适合并发但可能IO阻塞性及影响UI线程响应的操作。

 

线程池的作用：

线程池作用就是限制系统中执行线程的数量。
     根 据系统的环境情况，可以自动或手动设置线程数量，达到运行的最佳效果；少了浪费了系统资源，多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量，其他线程排 队等候。一个任务执行完毕，再从队列的中取最前面的任务开始执行。若队列中没有等待进程，线程池的这一资源处于等待。当一个新任务需要运行时，如果线程池 中有等待的工作线程，就可以开始运行了；否则进入等待队列。

为什么要用线程池:

1.减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。

2.可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

比较重要的几个类：

ExecutorService	真正的线程池接口。
ScheduledExecutorService	能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。
ThreadPoolExecutor	ExecutorService的默认实现。
ScheduledThreadPoolExecutor	继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。

要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。

1. newSingleThreadExecutor

创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

2.newFixedThreadPool

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

3. newCachedThreadPool

创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，

那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

4.newScheduledThreadPool

创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

无论创建那种线程池 必须要调用ThreadPoolExecutor

线程池类为 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，常用构造方法为： 

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, 
long keepAliveTime, TimeUnit unit, 
BlockingQueue workQueue, 
RejectedExecutionHandler handler) 
corePoolSize： 线程池维护线程的最少数量 
maximumPoolSize：线程池维护线程的最大数量 
keepAliveTime： 线程池维护线程所允许的空闲时间 
unit： 线程池维护线程所允许的空闲时间的单位 
workQueue： 线程池所使用的缓冲队列 
handler： 线程池对拒绝任务的处理策略 

一个任务通过 execute(Runnable)方法被添加到线程池，任务就是一个 Runnable类型的对象，任务的执行方法就是 Runnable类型对象的run()方法。 

当一个任务通过execute(Runnable)方法欲添加到线程池时： 

如果此时线程池中的数量小于corePoolSize，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要创建新的线程来处理被添加的任务。 
如果此时线程池中的数量等于 corePoolSize，但是缓冲队列 workQueue未满，那么任务被放入缓冲队列。 
如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量小于maximumPoolSize，建新的线程来处理被添加的任务。 
如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量等于maximumPoolSize，那么通过 handler所指定的策略来处理此任务。 

也就是：处理任务的优先级为： 
核心线程corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize，如果三者都满了，使用handler处理被拒绝的任务。 

当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。这样，线程池可以动态的调整池中的线程数。 

unit可选的参数为java.util.concurrent.TimeUnit中的几个静态属性： 
NANOSECONDS、MICROSECONDS、MILLISECONDS、SECONDS。 

workQueue我常用的是：java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue 

handler有四个选择： 
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() 
抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException异常 
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() 
重试添加当前的任务，他会自动重复调用execute()方法 
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() 
抛弃旧的任务 
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() 
抛弃当前的任务 

 

当然也可以根据应用场景实现RejectedExecutionHandler接口，自定义饱和策略，如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

Executor 可 以 创 建 3 种 类 型 的 ThreadPoolExecutor 线 程 池：

 1. FixedThreadPool

创建固定长度的线程池，每次提交任务创建一个线程，直到达到线程池的最大数量，线程池的大小不再变化。

这个线程池可以创建固定线程数的线程池。特点就是可以重用固定数量线程的线程池。它的构造源码如下：

1 2 3 4 5

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

• FixedThreadPool的corePoolSize和maxiumPoolSize都被设置为创建FixedThreadPool时指定的参数nThreads。
• 0L则表示当线程池中的线程数量操作核心线程的数量时，多余的线程将被立即停止
• 最后一个参数表示FixedThreadPool使用了无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的做工队列，由于是无界的，当线程池的线程数达到corePoolSize后，新任务将在无界队列中等待，因此线程池的线程数量不会超过corePoolSize，同时maxiumPoolSize也就变成了一个无效的参数，并且运行中的线程池并不会拒绝任务。

FixedThreadPool运行图如下

执行过程如下：

1.如果当前工作中的线程数量少于corePool的数量，就创建新的线程来执行任务。

2.当线程池的工作中的线程数量达到了corePool，则将任务加入LinkedBlockingQueue。

3.线程执行完1中的任务后会从队列中去任务。

注意LinkedBlockingQueue是无界队列，所以可以一直添加新任务到线程池。

 

2. SingleThreadExecutor　　

SingleThreadExecutor是使用单个worker线程的Executor。特点是使用单个工作线程执行任务。它的构造源码如下：

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

　　

SingleThreadExecutor的corePoolSize和maxiumPoolSize都被设置1。

其他参数均与FixedThreadPool相同，其运行图如下：

 

执行过程如下：

1.如果当前工作中的线程数量少于corePool的数量，就创建一个新的线程来执行任务。

2.当线程池的工作中的线程数量达到了corePool，则将任务加入LinkedBlockingQueue。

3.线程执行完1中的任务后会从队列中去任务。

注意：由于在线程池中只有一个工作线程，所以任务可以按照添加顺序执行。

 

 3. CachedThreadPool

 CachedThreadPool是一个”无限“容量的线程池，它会根据需要创建新线程。特点是可以根据需要来创建新的线程执行任务，没有特定的corePool。下面是它的构造方法：

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

　　

CachedThreadPool的corePoolSize被设置为0，即corePool为空；maximumPoolSize被设置为Integer.MAX_VALUE，即maximum是无界的。这里keepAliveTime设置为60秒，意味着空闲的线程最多可以等待任务60秒，否则将被回收。

 

CachedThreadPool使用没有容量的SynchronousQueue作为主线程池的工作队列，它是一个没有容量的阻塞队列。每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作。这意味着，如果主线程提交任务的速度高于线程池中处理任务的速度时，CachedThreadPool会不断创建新线程。极端情况下，CachedThreadPool会因为创建过多线程而耗尽CPU资源。其运行图如下：

 

执行过程如下：

1.首先执行SynchronousQueue.offer(Runnable task)。如果在当前的线程池中有空闲的线程正在执行SynchronousQueue.poll()，那么主线程执行的offer操作与空闲线程执行的poll操作配对成功，主线程把任务交给空闲线程执行。，execute()方法执行成功，否则执行步骤2

2.当线程池为空(初始maximumPool为空)或没有空闲线程时，配对失败，将没有线程执行SynchronousQueue.poll操作。这种情况下，线程池会创建一个新的线程执行任务。

3.在创建完新的线程以后，将会执行poll操作。当步骤2的线程执行完成后，将等待60秒，如果此时主线程提交了一个新任务，那么这个空闲线程将执行新任务，否则被回收。因此长时间不提交任务的CachedThreadPool不会占用系统资源。

SynchronousQueue是一个不存储元素阻塞队列，每次要进行offer操作时必须等待poll操作，否则不能继续添加元素。

 

最后 来个各种阻塞队列的说明和比较：

　　Java并发包中的阻塞队列一共7个，当然他们都是线程安全的。 

　　ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。 

　　LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。 

　　PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。 

　　DealyQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。 

　　SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。 

　　LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。 

　　LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。