前言

線程池之前需要是[多線程知識(shí):http://www.reibang.com/p/1b2daac373d5]

什么是線程池

顧名思義，線程池就是有一個(gè)容器[底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)HashSet<Worker>]，容器用于存放多個(gè)線程趴腋。線程池中存在多個(gè)線程栋艳，如果需要執(zhí)行任務(wù)的話导俘，則從這個(gè)池子中取得一個(gè)線程對(duì)象用于執(zhí)行此任務(wù)巾遭。[只是一個(gè)大概的粗略的介紹平道，具體細(xì)節(jié)請(qǐng)接著往下看９┝丁＞酱闸衫！]

怎么使用線程池[對(duì)于CPU/IO密集型]

• CPU密集型：對(duì)于計(jì)算密集型的任務(wù)較多的場(chǎng)景的話，由于任務(wù)會(huì)占用大量的CPU時(shí)間片蔚出，多創(chuàng)建線程也沒有空閑的CPU去處理虫腋，所以就可以適當(dāng)?shù)臏p少線程池中的線程個(gè)數(shù)（一般線程個(gè)數(shù)=cpu個(gè)數(shù)即可）骄酗。
• IO密集型：對(duì)于IO密集型的任務(wù)較多的場(chǎng)景的話，由于任務(wù)并不會(huì)占用大量的CPU時(shí)間片岔乔，相反會(huì)有更多的IO阻塞導(dǎo)致CPU空閑酥筝，這個(gè)時(shí)候可以適當(dāng)?shù)卦黾泳€程池中的個(gè)數(shù)（一般線程數(shù)=2*cpu個(gè)數(shù)即可），提高CPU利用率雏门。

為什么要使用線程池

1. 由于線程池的創(chuàng)建和銷毀的過程會(huì)涉及到用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的切換等一些消耗計(jì)算機(jī)資源的操作（此處針對(duì)的是內(nèi)核線程模型嘿歌，可見http://www.reibang.com/p/39d2a4c050f8），導(dǎo)致效率的降低茁影。線程池的作用就是利用一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)容器維系一些線程宙帝，用于執(zhí)行Application的Task，以此達(dá)到復(fù)用線程提高效率（提高并發(fā)募闲、降低RT）步脓。
2. 有些可以實(shí)現(xiàn)與時(shí)間相關(guān)的任務(wù)，如定時(shí)任務(wù)浩螺、周期性任務(wù)等靴患。

Java線程池Demo

public class ThreadPoolDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 創(chuàng)建Cached線程池，運(yùn)行速度最快要出、線程數(shù)=理論上可以理解為無窮大
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        // 創(chuàng)建混合線程池鸳君，運(yùn)行速度中等、線程數(shù)=傳入的 nThreads
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        // 創(chuàng)建單個(gè)線程的線程池患蹂，運(yùn)行速度最慢或颊，但是可以實(shí)現(xiàn)順序執(zhí)行，線程數(shù)=1
        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(10);
        Future<Double> future1 = cachedThreadPool.submit(() -> doTask((e1, e2) -> e1*1.0 + e2, 1, 9));
        Future<Double> future2 = cachedThreadPool.submit(() -> doTask((e1, e2) -> e1*1.0 - e2, 1, 9));
        Future<Double> future3 = cachedThreadPool.submit(() -> doTask((e1, e2) -> e1*1.0 * e2, 1, 9));
        Future<Double> future4 = cachedThreadPool.submit(() -> doTask((e1, e2) -> e1*1.0 / e2, 1, 9));
        System.out.println(future1.get());
        System.out.println(future2.get());
        System.out.println(future3.get());
        System.out.println(future4.get());
        // 關(guān)閉資源
        close(cachedThreadPool);
        close(fixedThreadPool);
        close(singleThreadExecutor);
        close(scheduledThreadPool);
    }

    public static double doTask(BiFunction<Integer, Integer, Double> biFunction, int arg1, int arg2) {
        return biFunction.apply(arg1, arg2);
    }
    
    public static void close(ExecutorService executorService) {
        executorService.shutdown();
    }
}

Executors類是線程池的工具類（不推薦使用）传于，有一些創(chuàng)建線程池的方法囱挑，最主要的方法如下：

• Executors.newCachedThreadPool()：此方法是創(chuàng)建cached的線程池，此線程池由于來一個(gè)需要執(zhí)行的Task沼溜，就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程來執(zhí)行Task（線程池的最大數(shù)量：理論上無窮大），所以速度也是最快的弹惦。此線程適用大量非耗時(shí)的任務(wù)，如果大量耗時(shí)的任務(wù)的話檐嚣，要么會(huì)導(dǎo)致CPU被打滿嗡贺，影響其他業(yè)務(wù)任務(wù)诫睬。
• Executors.newFixedThreadPool(10)：此方法是創(chuàng)建混合[給定數(shù)量]的線程池摄凡。此線程也是使用場(chǎng)景比較廣泛的亲澡，CPU密集型和IO密集型都是可以床绪，但是需要根據(jù)不同的場(chǎng)景設(shè)定不同的nThread的值。
• Executors.newSingleThreadExecutor()：此方法是創(chuàng)建一個(gè)單個(gè)線程的線程池梭伐，顧名思義练慕，這個(gè)線程池中只有一個(gè)線程铃将，所有的任務(wù)都是順序排隊(duì)處理的劲阎，所以速度也是最慢的悯仙，但是也因?yàn)檫@個(gè)特性導(dǎo)致可以任務(wù)的順序執(zhí)行锡垄，適用于一些特殊的場(chǎng)景路操。
• Executors.newScheduledThreadPool(10)：此方法是創(chuàng)建一個(gè)可以可以讓Task在給定的延遲后運(yùn)行或定期執(zhí)行屯仗。適合于一些定時(shí)和周期性的場(chǎng)景魁袜。
  前三種方法底層都是調(diào)用的同一個(gè)方法,如下

底層調(diào)用截圖

ThreadPoolExecutor

如果是使用Java原生的線程池，推薦使用ThreadPoolExecutor

先來看看類層級(jí)結(jié)構(gòu)

類層級(jí)結(jié)構(gòu)

• Executor：ThreadPoolExecutor線程池的頂級(jí)接口垮卓，此借口中只定義了一個(gè)提交執(zhí)行Task的方法粟按。

Executor源碼

• ExecutorService：此接口是Executor接口的擴(kuò)展，其中定義了很多的有關(guān)于管理線程池的方法庙曙，例如：shutdown()捌朴、submit()等砂蔽。

ExecutorService源碼

• AbstractExecutorService：此抽象類左驾，實(shí)現(xiàn)了ExecutorService接口安岂，并對(duì)其中的submit()和InvokeAny的相關(guān)方法給出了一個(gè)默認(rèn)實(shí)現(xiàn)域那。

AbstractExecutorService源碼

• ThreadPoolExecutor：此對(duì)象是使用頻率較高的線程池類，它對(duì)AbstractExecutorService進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)，包括至關(guān)重要的execute以及shutdown/shutdownNow方法辫秧，除此之外盟戏，還定義了ctl和一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來維護(hù)線程池的運(yùn)行柿究，還提供了線程工廠對(duì)象創(chuàng)建線程蝇摸，還提供了基本的拒絕策略等貌夕。

ThreadPoolExecutor源碼

構(gòu)造方法

構(gòu)造方法一

public ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,
    int maximumPoolSize,
    long keepAliveTime,
    TimeUnit unit,
    BlockingQueue<Runnable> workQueue,
    ThreadFactory threadFactory,
    RejectedExecutionHandler handler)

• corePoolSize：除非設(shè)置了allowCoreThreadTimeOut，即使它們處于空閑狀態(tài)也要保留在池中的線程數(shù)们童。
• maximumPoolSize：池中允許的最大線程數(shù)慧库。
• keepAliveTime：當(dāng)線程數(shù)大于corePoolSize數(shù)時(shí)完沪，這是多余的空閑線程將在終止之前等待新任務(wù)的最長時(shí)間
• unit：keepAliveTime參數(shù)的時(shí)間單位听皿。
• workQueue：在執(zhí)行任務(wù)之前用于保留任務(wù)的隊(duì)列尉姨。此隊(duì)列將僅保存由execute方法提交的Runnable且多于corePoolSize任務(wù)又厉，默認(rèn)為LinkedBlockingQueue覆致，也可以自定義。
• threadFactory：執(zhí)行程序創(chuàng)建新線程時(shí)使用的工廠宣羊，默認(rèn)使用DefaultThreadFactory之宿，也可以自定義比被。
• handler：達(dá)到了線程界限和隊(duì)列容量而在執(zhí)行被阻止時(shí)使用的處理程序（拒絕策略）,默認(rèn)AbortPolicy姐赡，也可以自定義项滑。

構(gòu)造方法二

public ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,
    int maximumPoolSize,
    long keepAliveTime,
    TimeUnit unit,
    BlockingQueue<Runnable> workQueue,
    RejectedExecutionHandler handler)

構(gòu)造方法三

public ThreadPoolExecutor
    int corePoolSize,
    int maximumPoolSize,
    long keepAliveTime,
    TimeUnit unit,
    BlockingQueue<Runnable> workQueue,
    ThreadFactory threadFactory)

構(gòu)造方法四

public ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,
    int maximumPoolSize,
    long keepAliveTime,
    TimeUnit unit,
    BlockingQueue<Runnable> workQueue)

阻塞隊(duì)列

主要的阻塞隊(duì)列如下：

• ArrayBlockingQueue：底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為數(shù)組的有界阻塞隊(duì)列枪狂，此隊(duì)列符合FIFO（先進(jìn)先出）原則州疾。
• LinkedBlockingQueue：底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為鏈表的無界[理論上]阻塞隊(duì)列严蓖，此隊(duì)列符合FIFO（先進(jìn)先出）原則。
• ConcurrentLinkedQueue：底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為鏈表的無界（理論上）線程安全的阻塞隊(duì)列毫深，此隊(duì)列符合FIFO（先進(jìn)先出）原則。
• DelayQueue：延遲隊(duì)列闸迷，其中的元素只能在其延遲到期后才能使用俘枫。
• SynchronousQueue：同步隊(duì)列巡球，每個(gè)插入操作必須等待另一個(gè)線程進(jìn)行相應(yīng)的刪除操作邓嘹，反之亦然。同步隊(duì)列沒有任何內(nèi)部容量起便，甚至沒有一個(gè)容量妙痹。您無法在同步隊(duì)列中peek鼻疮，因?yàn)閮H當(dāng)您嘗試刪除它時(shí)耿芹，該元素才存在挪哄。您不能插入元素（使用任何方法）砸彬，除非另一個(gè)線程試圖將其刪除蛀蜜；您無法進(jìn)行迭代绽淘，因?yàn)闆]有要迭代的內(nèi)容壮池。隊(duì)列的head是第一個(gè)排隊(duì)的插入線程試圖添加到隊(duì)列中的元素杀怠；如果沒有這樣的排隊(duì)線程橙依，則沒有元素可用于刪除硕旗，并且poll()將返回null漆枚。出于其他Collection方法（例如contains）的目的墙基，SynchronousQueue用作空集合残制。此隊(duì)列不允許null元素颗祝。

拒絕策略

拒絕策略抽象接口RejectedExecutionHandler吐葵，其所有的實(shí)現(xiàn)類都在ThreadPoolExecutor類中温峭，當(dāng)然你也可以自己自己的拒絕策略凤藏。

拒絕策略抽象接口及其實(shí)現(xiàn)類

• AbortPolicy：顧名思義栗菜，此拒絕策略則是當(dāng)提交執(zhí)行的Task超過線程池的``maximumPoolSize會(huì)拋出RejectedExecutionException疙筹。如果不指定拒絕策略，那么對(duì)于Executors`工具類暴备，此拒絕策略是默認(rèn)的拒絕策略涯捻。
• CallerRunsPolicy：此拒絕策略障癌，如果線程池沒有被shutdown混弥，那么就會(huì)在調(diào)用execute方法的線程中去執(zhí)行該線程（如果是main線程執(zhí)行的execute方法晾捏，那么就會(huì)使用主線程去執(zhí)行該Task，那么會(huì)導(dǎo)致main線程被阻塞直到該Task執(zhí)行結(jié)束）劳秋。
• DiscardOldestPolicy：此拒絕策略，靜默（不會(huì)拋出異常）丟棄被拒絕的任務(wù)补履。
• DiscardPolicy：此拒絕策略箫锤，它丟棄最舊的未處理請(qǐng)求阳准，然后重試execute野蝇，如果線程池被關(guān)閉绕沈，在這種情況下，該任務(wù)將被丟棄戴而。

自定義拒絕策略使用Demo

public class ThreadPoolRejectedExecutionHandlerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(10, 20, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(), new RejectedExecutionHandler() {
            @Override
            public void rejectedExecution(
                    Runnable r,                 // 被拒絕的任務(wù)Task
                    ThreadPoolExecutor executor // 線程池對(duì)象
            ) {

                // do something
            }
        });
        // 執(zhí)行Task
        executor.execute(() -> doTask());
        // 關(guān)閉資源
        close(executor);
    }

    public static void doTask() {
        System.out.println("do Task");
    }

    public static void close(ExecutorService executorService) {
        executorService.shutdown();
    }
}

線程池詳解

ThreadPoolExecutor類中有一個(gè)ctl的原子整數(shù)的屬性，該屬性巧妙的表示了兩個(gè)屬性值（workerCount操漠、runState）浊伙，workerCount指示線程的有效數(shù)量，runState指示線程池的生命周期（是否運(yùn)行串结，關(guān)閉等）哑子。

• runState：ctl高3位表示的是線程的一些生命狀態(tài)。
  

  runState源碼注釋
  1. RUNNING：運(yùn)行中肌割，此狀態(tài)可以接受新任務(wù)并處理排隊(duì)的任務(wù)卧蜓。
  2. SHUTDOWN：關(guān)閉中狀態(tài)，此狀態(tài)不接受新任務(wù)把敞，而是處理排隊(duì)的任務(wù)弥奸。
  3. STOP：停止?fàn)顟B(tài)，不接受新任務(wù)奋早，不處理排隊(duì)的任務(wù)以及中斷進(jìn)行中的任務(wù)
  4. TIDYING：所有任務(wù)已終止其爵，workerCount為零摇幻，轉(zhuǎn)換為狀態(tài)TIDYING的線程將運(yùn)行terminated()方法終結(jié)線程池。
  5. TERMINATED：terminated()方法（默認(rèn)空實(shí)現(xiàn)帜矾，可以自己根據(jù)場(chǎng)景進(jìn)行自定義）運(yùn)行完畢死陆，代表線程池正在的停止领虹。

• workerCount：ctl低29位表示的是線程池中的線程數(shù)量猾蒂，可以輕易的計(jì)算出一個(gè)線程池中最大可容納的線程數(shù)為2 ^ 29）-1（約5億個(gè)）蚊逢。

為什么要使用一個(gè)ctl的原子整數(shù)來表示這些值呢戳表？

• 原子整數(shù)通過CAS以較高效率保證線程安全价涝，畢竟線程池本身就要天然支持多線程環(huán)境泞遗。
• 使用一個(gè)屬性表示兩個(gè)屬性聊倔，無論是從空間消耗，還是維護(hù)成本來說都是比較理想的。
• 總所周知，計(jì)算機(jī)底層硬件都是通過位運(yùn)算實(shí)現(xiàn)一切的復(fù)雜運(yùn)算的，那么位運(yùn)算就天然比其他運(yùn)輸效率要高最铁。

線程池模型（生命周期）

線程池模型

1. RUNNING：運(yùn)行中私爷，此狀態(tài)可以接受新任務(wù)并處理排隊(duì)的任務(wù)尸饺。
2. RUNNING->SHUTDOWN：執(zhí)行shutdown()方法，將會(huì)導(dǎo)致線程池狀態(tài)又RUNNING->SHUTDOWN的變遷愿吹，具體的shutdown()下面會(huì)有介紹。
3. RUNNING->STOP：執(zhí)行shutdownNow()方法，將會(huì)導(dǎo)致線程池狀態(tài)又RUNNING->STOP的變遷夸浅，具體的shutdown()下面會(huì)有介紹婉刀。
4. SHUTDOWN/STOP->TIDYING：所有任務(wù)已終止堤尾，workerCount為零衔统，狀態(tài)轉(zhuǎn)換為TIDYING。
5. TIDYING->TERMINATED：狀態(tài)TIDYING的線程將運(yùn)行terminated()方法十电，會(huì)導(dǎo)致狀態(tài)變遷為TERMINATED。

shutdown VS shutdownNow

• shutdown：此方法是停止線程的方法抵蚊，不會(huì)接受新提交的任務(wù)，并且會(huì)將當(dāng)前線程池中的工作線程的任務(wù)和阻塞隊(duì)列中的所有任務(wù)都執(zhí)行完。
• shutdownNow：此方法是停止線程的方法，不會(huì)接受新提交的任務(wù)怔昨，也不會(huì)執(zhí)行阻塞隊(duì)列中的所有任務(wù)涩惑，并且會(huì)嘗試停止當(dāng)前線程池中的工作線程的任務(wù)强戴。

線程池執(zhí)行流程

線程提交順序 VS 線程執(zhí)行順序

提交順序

提交順序

1. 應(yīng)用程序調(diào)用execute方法向線程池中提交Task執(zhí)行。
2. 首先會(huì)向corePool中提交Task镀脂，如果corePool中有空閑的線程或者數(shù)量<maximumPoolSize薄翅，則選擇/創(chuàng)建一個(gè)線程執(zhí)行Task光羞。
3. 否則铐炫，會(huì)將Task提交到Queue中胞皱，如果Queue隊(duì)列未滿，那么增將Task任務(wù)添加至Queue等待九妈。
4. 否則反砌，會(huì)將Task提交到臨時(shí)Pool中（如果有的話，臨時(shí)Pool=maximumPoolSize-corePoolSize）允蚣，如果臨時(shí)Pool有空閑或者數(shù)量<maximumPoolSize，則選擇/創(chuàng)建一個(gè)線程執(zhí)行Task呆贿。
5. 否則嚷兔，將會(huì)調(diào)用拒絕策略（默認(rèn)是拋出異常），當(dāng)然還有其他的實(shí)現(xiàn)或者自定義實(shí)現(xiàn)做入。

執(zhí)行順序

執(zhí)行順序

1. 執(zhí)行順序與提交順序有一些差別
2. 首先會(huì)執(zhí)行corePool和臨時(shí)Pool中的線程任務(wù)冒晰，執(zhí)行順序不固定（搶占式）。
3. 等待Queue中的任務(wù)竟块，是處于等待狀態(tài)壶运。只有當(dāng)corePool和臨時(shí)Pool中線程有空閑的時(shí)候才會(huì)被執(zhí)行。

submit VS execute

上源碼

1. public Future<?> submit(Runnable task)

submit源碼

newTaskFor源碼

可見本質(zhì)上還是調(diào)用的execute方法浪秘，但是在執(zhí)行execute方法之前對(duì)任務(wù)進(jìn)行了額外的操作蒋情，將Runnable的Task通過newTaskFor方法轉(zhuǎn)為RunnableFutureTask，目的是為了能夠拿到執(zhí)行的結(jié)果耸携，此處返回結(jié)果默認(rèn)為null棵癣。

2. public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result)

submit源碼

與1中類似，T result是指定的任務(wù)的返回值

3. public <T> Future<T> submit(Callable<T> task)

submit源碼

與1中類似夺衍，不同的是狈谊，此次提交的Task是Callable<T>類型的，也就是有返回值的沟沙。

后續(xù)待更新河劝，如果您覺得有幫助，麻煩點(diǎn)個(gè)三連矛紫，給個(gè)關(guān)注赎瞎。