Java中的线程池

线程过多会带来额外的开销，其中包括创建销毁线程的开销、调度线程的开销等等，同时也降低了计算机的整体性能。线程池维护多个线程，等待监督管理者分配可并发执行的任务。这种做法，一方面避免了处理任务时创建销毁线程开销的代价，另一方面避免了线程数量膨胀导致的过分调度问题，保证了对内核的充分利用。
开发过程中，合理地使用线程池能够带来3个好处：

1. 降低资源消耗：通过池化技术重复利用已创建的线程，降低线程创建和销毁造成的损耗。
2. 提高响应速度：任务到达时，无需等待线程创建即可立即执行。
3. 提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制创建，不仅会消耗系统资源，还会因为线程的不合理分布导致资源调度失衡，降低系统的稳定性。使用线程池可以进行统一的分配、调优和监控。

1.1线程池的实现原理

当提交一个新任务到线程池时，线程池的处理流程如下：
1）线程池判断核心线程池里面的线程是否都在执行任务。如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务。
2）线程池判断工作队列是否已经满。如果队列未满，则将新提交的任务存储在这个工作队列中。
3）线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果满了，则交给饱和策略来处理这个任务。
流程图如下：

1.2线程池的使用

1.2.1线程池的创建

我们可以通过ThreadPollExecutor来创建一个线程池。

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.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
}

1）corePollSize（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夜会创建线程，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，线程池会提前创建所有的基本线程。
2）workQueue（任务队列）：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。可以选择一下几个阻塞队列。

• ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按FIFO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LinkedBlockingQueen。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限阻塞队列。

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。值得注意的是，如果使用了无解的任务队列这个参数就没有什么效果。
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。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线程池里的线程设置更有意义的名字，代码如下：

new ThreadFactoryBuilder().setnameFormat("XX-task-%d").build();

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。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。饱和策略有以下四种，

• AbortPolicy：直接抛出异常。
• DiscardPolicy：抛弃策略。当新提交的任务无法保存到队列中等待执行时，该策略会悄悄抛弃该任务。
• DiscardOldestPolicy：抛弃最旧的策略。当新提交的任务无法保存到队列中等待执行时，则会抛弃下一个将被执行的任务，然后尝试重新提交新的任务。（如果工作队列是一个优先队列，那么“抛弃最旧的”策略将导致抛弃优先级最高的任务，因此最好不要将“抛弃最旧的”策略和优先级队列放在一起使用）。
• CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。

6）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。所以，如果任务很多，并且每个任务之心的时间比较短，可以调大时间，提高线程的利用率
7）TimeUnit（线程活动保持时间的单位）

1.2.2 关闭线程池

shutdown()方法用于正常关闭线程池，它会逐渐停止线程池中的所有任务，等待所有任务完成后关闭线程池。这个方法会等待所有任务完成，因此可能会造成一些任务无法执行的情况。

shutdownNow()方法则用于强制关闭线程池，它会尝试停止所有正在执行的任务，并返回等待执行的任务列表。这个方法会中断所有正在执行的任务，并返回未执行的任务列表，因此可能会导致任务执行的中断和数据丢失等问题。

在实际应用中，通常会先调用shutdown()方法来正常关闭线程池，等待所有任务完成后关闭线程池。如果需要立即关闭线程池并且不关心未执行的任务，可以使用shutdownNow()方法。需要注意的是，无论是哪种关闭方式，线程池的关闭都是一个异步操作，需要等待一段时间才能完成。