ThreadPoolExecutor线程池

为什么使用线程池：

1、创建/销毁线程伴随着系统开销，过于频繁的创建/销毁线程，会很大程度上影响处理效率。

2、线程并发数量过多，抢占系统资源从而导致阻塞。

3、对线程进行一些简单的管理。

在java中，线程池的类为ThreadPoolExecutor，首先来看一下该类的继承关系

大抵所有的线程池都是来自于Executor接口，这个接口里面定义了线程池的抽象方法：

    void execute(Runnable command);

在Executor接口之后的是ExecutorServer接口，里面定义了一些submit()、shutdown()方法。

然后我们来看一下ThreadPoolExecutor类提供的四种构造方法：

//五个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)

//六个参数的构造函数-1
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)

//六个参数的构造函数-2
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler)

//七个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

方法中的参数：

int corePoolSize　　线程池中核心线程大小

　　在线程池中的线程小于核心线程数时，则新建的线程属于核心线程，否则属于非核心线程。默认情况下，核心线程会一直存货于线程池，即使什么也不做。但如果指定类中的allowCoreThreadTimeOut为true，则核心线程闲置一定时间后也会被销毁，具体时间，由参数指定。

int maximumPoolSize　　线程池中最大线程数

　　线程池中存在的线程数量不会超过最大线程数，如果在达到最大线程数后仍有新的任务需要执行，则会进行排队。

long keepAliveTime　　非核心线程的最大存活时间

　　线程池中的非核心线程处于闲置状态时，则会开始计时，达到指定时间后将被销毁。如果指定参数allowCoreThreadTimeOut为true，则核心线程同样适用。

TimeUnit unit　　keepAliveTime的单位

　　类型TimeUnit是枚举类型，包括

　　　　NANOSECONDS ： 1微毫秒 = 1微秒 / 1000

　　　　MICROSECONDS ： 1微秒 = 1毫秒 / 1000

　　　　MILLISECONDS ： 1毫秒 = 1秒 /1000

　　　　SECONDS ： 秒

　　　　MINUTES ： 分

　　　　HOURS ： 小时

　　　　DAYS ： 天

BlockingQueue<Runnable> workQueue　　任务队列

　　等待执行的Runnable对象所组成的队列。如果所有核心线程都正在执行，则任务会进行队列。如果队列满了，则新建非核心线程。

　　常用的workQueue类型：

　　　　SynchronousQueue：这个队列接收任务后直接提交给线程处理而不会保留它。为了避免线程数量达到maximumPoolSize而无法新建新的线程，通常将maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE，即无限大。

　　　　LinkedBlockingQueue：这个队列接收任务后，将任务交给核心线程处理，如果没有空闲的核心线程，则会保留在队列中。由于该队列没有数量限制，因此线程数永远不会超过核心线程数，即maximumPoolSize无效。

　　　　ArrayBlockingQueue：这个队列与LinkedBlockingQueue的区别在于有数量限制，当队列已满后将新建非核心线程，如果总线程数达到maximumPoolSize，则发生错误。

　　　　DelayQueue：队列内元素必须实现delayed接口，即传进去的任务必须先实现delayed接口。接收到的任务会先进入队列，达到了指定的延时时间，才会执行任务。

ThreadFactory threadFactory　　创建线程的方式。

　　这是一个接口，new的时候需要实现Thread newThread(Runnable r)方法。

RejectedExecutionHandler handler　　异常

　　用来抛出异常，如发生异常，则由该异常对象抛出信息，即使不指定也会有个默认值。

向线程池添加任务

ThreadPoolExecutor.execute(Runnable command) //这个方法是在ThreadPoolExcutor中重写，没有返回结果的添加线程任务

    // 这个方法也可以被用来往线程池中添加线程任务。不同处在于它是定义在AbstractExecutorServer中，在ThreadPoolExecutor中没有再重写它。
    public Future<?> submit(Runnable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
        execute(ftask); //内部仍是调用了execute()方法。
        return ftask;
    }

ThreadPoolExecutor的策略

当一个任务被添加进线程池后：

1、线程数未达到核心线程数，新建一个核心线程数。

2、线程数已达到核心线程数，任务保留进队列。

3、线程数已达到核心线程数，任务队列已满，新建一个非核心线程数。

4、线程数已达到最大线程数，任务队列已满，抛出异常。

常见的四种线程池

(在阿里巴巴JAVA开发手册中是不建议通过Executors来创建这些配置好的线程池)

java对线程池类ThreadPoolExecutor进行了封装，提供了常用的四种线程池。这四种线程池都是或直接或间接配置ThreadPoolExecutor的参数实现。

1、CachedThreadPool()　　可缓存线程池

• 线程数无限
• 有空闲线程则使用空闲线程，否则创建新线程
• 一定程度上减少创建/销毁线程的开销

　创建方法

ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

　源码

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

2、FixedThreadPool()　　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

　创建方法

//nThreads => 最大线程数即maximumPoolSize
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(int nThreads);

//threadFactory => 创建线程的方法
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory);

源码

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

3、ScheduledTheadPool()　　定长线程池

• 支持定时周期性的执行任务

创建方法

//nThreads => 最大线程数即maximumPoolSize
ExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize);

源码

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

//ScheduledThreadPoolExecutor():
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
          DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

4、SingleThreadExecutor()　　单线程线程池

　　有且仅有一个工作线程执行任务

　　所有任务按照指定顺序执行，即遵循队列的出队入队规则。

创建方法

ExecutorService singleThreadPool = Executors.newSingleThreadPool();

源码

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

ThreadPoolExecutor任务拒绝策略

ThreadPoolExecutor里面定义了4个静态内部类，用来标识不同的异常类型：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy //拒绝接收任务并抛出rejectedExecuption
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy //拒绝接收任务，但不抛出任何异常
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy //将等待队列中的第一个任务抛弃，接收新的线程任务。
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy //由调用线程处理该任务。

下面我们来分别用代码测试一下这几种任务拒绝策略

    public void testThreadPoolRejectedPoicy(RejectedExecutionHandler handler) {
        // 先定义一个线程池，核心线程数2，最大线程数4，非核心线程过期时间10分钟，队列最大任务数2.
        ThreadPoolExecutor te =
                new ThreadPoolExecutor(,,,
                        TimeUnit.MINUTES, new ArrayBlockingQueue<>(), handler);

        // 一次性添加20个任务进入线程池，由于我们配置的线程池最大只能接收6个任务，因此一旦超过6个就会触发拒绝策略
        for (int i = ; i < ; i++) {
            final int j = i;
            te.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println("当前线程" + Thread.currentThread() + "正在执行" + j + "！" + new Date());
                        Thread.sleep( * );
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }

测试第一个任务拒绝策略

AbortPolicy ：

testThreadPoolRejectedPoicy(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

返回结果：线程池中添加的任务超出了6个，抛出异常，并拒绝接收，可以看到打印出来的i是从0到5。

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Main5$@681a9515 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@3af49f1c[Running, pool size = , active threads = , queued tasks = , completed tasks = ]
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:)
    at Main5.testThreadPoolRejectedPoicy(Main5.java:)
    at Main5.main(Main5.java:)
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行5！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行0！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行1！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行4！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行2！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行3！Thu May  :: CST 

测试第二个任务拒绝策略

DiscardPolicy ：

testThreadPoolRejectedPoicy(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy ());

返回结果：和AbortPolicy区别只在于没有抛出异常。

当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行1！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行4！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行5！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行0！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行3！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行2！Thu May  :: CST 

测试第三个任务拒绝策略

DiscardOldestPolicy ：

testThreadPoolRejectedPoicy(new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());

返回结果：在这里，首先执行前4个线程任务，同时还会有2两个线程任务存放在队列中等待竞争。此时第7个任务进来，将队列中的第一个任务丢弃，将第7个任务添加进队列，第8个，第9个一直如此，直到第19个任务被添加进来，此时队列中的两个任务只剩下了18和19。其余的任务已经都被丢弃。因此等到前面4个任务执行完成后，第18和19个任务开始执行。

当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行4！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行0！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行1！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行5！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行18！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行19！Thu May  :: CST 

测试第四个任务拒绝策略：

CallerRunsPolicy ：

testThreadPoolRejectedPoicy(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

返回结果：任务比较多就只取了前面部分。可以看到线程池中一直有4个线程在执行任务，并且队列中也保持了两个任务等待。此时添加了新的任务进来，会交由当前线程(我是在main方法中执行，因此是main线程)执行任务。当main线程执行任务的时候，会与往线程池中添加新任务处于竞争状态。在这种情况下，20个线程任务会被一直执行到全部完成。

当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行4！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行1！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行5！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行0！Thu May  :: CST
当前线程Thread[main,,main]正在执行6！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行3！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行2！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行7！Thu May  :: CST
当前线程Thread[pool--thread-,,main]正在执行8！Thu May  :: CST
当前线程Thread[main,,main]正在执行9！Thu May  :: CST 2019
……
……

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