juc-executors下的线程池ThreadPoolExecutor
本博客系列是学习并发编程过程中的记录总结。由于文章比较多，写的时间也比较散，所以我整理了个目录贴（传送门），方便查阅。
JDK 8
扩展说明
在《阿里巴巴java开发手册》中指出了线程资源必须通过线程池提供，不允许在应用中自行显示的创建线程，这样一方面是线程的创建更加规范，可以合理控制开辟线程的数量；另一方面线程的细节管理交给线程池处理，优化了资源的开销。
池不允许使用Executors去创建，而要通过ThreadPoolExecutor方式，这一方面是由于jdk中Executor框架虽然提供了如newFixedThreadPool()、newSingleThreadExecutor()、newCachedThreadPool()等创建线程池的方法，但都有其局限性，不够灵活；另外由于前面几种方法内部也是通过ThreadPoolExecutor方式实现，使用ThreadPoolExecutor有助于大家明确线程池的运行规则，创建符合自己的业务场景需要的线程池，避免资源耗尽的风险。
ThreadPoolExecutor类的继承关系。
线程有五种状态：新建，就绪，运行，阻塞，死亡，线程池同样有五种状态：Running, SHUTDOWN, STOP, TIDYING, TERMINATED。
RUNNING ：处于RUNNING状态的线程池能够接受新任务，以及对新添加的任务进行处理。
SHUTDOWN ：处于SHUTDOWN状态的线程池不可以接受新任务，但是可以对已添加的任务进行处理。
STOP ：处于STOP状态的线程池不接收新任务，不处理已添加的任务，并且会中断正在处理的任务。
TIDYING ：当所有的任务已终止，ctl记录的"任务数量"为0，线程池会变为TIDYING状态。当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的，若用户想在线程池变为TIDYING时，进行相应的处理；可以通过重载terminated()函数来实现。
TERMINATED ：线程池彻底终止的状态。
状态转移图
ThreadPoolExecutor构造函数
点击查看代码
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
if (corePoolSize < 0 ||
maximumPoolSize <= 0 ||
maximumPoolSize < corePoolSize ||
keepAliveTime < 0)
throw new IllegalArgumentException();
if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
throw new NullPointerException();
this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
null :
AccessController.getContext();
this.corePoolSize = corePoolSize;
this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
this.workQueue = workQueue;
this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
this.threadFactory = threadFactory;
this.handler = handler;
}
ThreadPoolExecutor构造函数的参数含义
-
corePoolSize：核心线程数。指定了线程池中的线程数量，它的数量决定了添加的任务是开辟新的线程去执行，还是放到workQueue任务队列中去；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。
-
maximumPoolSize :最大线程数，这个参数会根据你使用的workQueue任务队列的类型，决定线程池会开辟的最大线程数量；注意，如果使用的是无界队列，该参数也就没有什么效果了。
-
keepAliveTime: 线程空闲时间。线程的创建和销毁是需要代价的。线程执行完任务后不会立即销毁，而是继续存活一段时间：keepAliveTime。默认情况下，该参数只有在线程数大于corePoolSize时才会生效。
-
TimeUnit unit : keepAliveTime的单位
-
BlockingQueue
workQueue
用来保存等待执行的任务的阻塞队列。
等待的任务必须实现Runnable接口。我们可以选择如下几种：
提交队列：SynchronousQueue、不存储元素的阻塞队列，每个插入操作都必须等待一个移出操作，反之亦然
有界任务队列、ArrayBlockingQueue
无界任务队列、LinkedBlockingQueue：
优先任务队列：PriorityBlockingQueue： -
threadFactory：创建线程的工程类。可以通过指定线程工厂为每个创建出来的线程设置更有意义的名字，如果出现并发问题，也方便查找问题原因
-
RejectedExecutionHandler handler :拒绝策略；当任务太多来不及处理时，如何拒绝任务；
- AbortPolicy： 直接拒绝所提交的任务，并抛出RejectedExecutionException异常；
- CallerRunsPolicy：只用调用者所在的线程来执行任务；
- DiscardPolicy：不处理直接丢弃掉任务；
- DiscardOldestPolicy：丢弃掉阻塞队列中存放时间最久的任务，执行当前任务
3.线程池执行逻辑
通过ThreadPoolExecutor创建线程池后，提交任务后执行过程是怎样的，下面来通过源码来看一看。
execute源码:
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
/*
* Proceed in 3 steps:
*
* 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
* start a new thread with the given command as its first
* task. The call to addWorker atomically checks runState and
* workerCount, and so prevents false alarms that would add
* threads when it shouldn't, by returning false.
*
* 2. If a task can be successfully queued, then we still need
* to double-check whether we should have added a thread
* (because existing ones died since last checking) or that
* the pool shut down since entry into this method. So we
* recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
* stopped, or start a new thread if there are none.
*
* 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
* thread. If it fails, we know we are shut down or saturated
* and so reject the task.
*/
int c = ctl.get();
//如果线程池的线程个数少于corePoolSize则创建新线程执行当前任务
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
//如果线程个数大于corePoolSize或者创建线程失败，则将任务存放在阻塞队列workQueue中
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
//如果当前任务无法放进阻塞队列中，则创建新的线程来执行任务
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
ThreadPoolExecutor的execute方法执行逻辑如图，可见注释。
下图为ThreadPoolExecutor的execute方法的执行示意图：
4. 线程池的关闭
关闭线程池，可以通过shutdown和shutdownNow这两个方法。它们的原理都是遍历线程池中所有的线程，然后依次中断线程。shutdown和shutdownNow还是有不一样的地方：
shutdownNow首先将线程池的状态设置为STOP,然后尝试停止所有的正在执行和未执行任务的线程，并返回等待执行任务的列表；shutdown只是将线程池的状态设置为SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程
可以看出shutdown方法会将正在执行的任务继续执行完，而shutdownNow会直接中断正在执行的任务。调用了这两个方法的任意一个，isShutdown方法都会返回true，当所有的线程都关闭成功，才表示线程池成功关闭，这时调用isTerminated方法才会返回true。
5. 如何合理配置线程池参数？
另外，根据任务的特点，要有选择的配置核心线程池的大小：
- 如果任务是 CPU 密集型（需要进行大量计算、处理），则应该配置尽量少的线程，比如 CPU 个数 + 1，这样可以避免出现每个线程都需要使用很长时间但是有太多线程争抢资源的情况；
- 如果任务是 IO密集型（主要时间都在 I/O，CPU 空闲时间比较多），则应该配置多一些线程，比如 CPU 数的两倍，这样可以更高地压榨 CPU。
