前言

只有光頭才能變強(qiáng)

回顧前面：

• ThreadLocal就是這么簡單
• 多線程三分鐘就可以入個(gè)門了！
• 多線程基礎(chǔ)必要知識(shí)點(diǎn)窟感！看了學(xué)習(xí)多線程事半功倍
• Java鎖機(jī)制了解一下
• AQS簡簡單單過一遍
• Lock鎖子類了解一下

本篇主要是講解線程池讨彼，這是我在多線程的倒數(shù)第二篇了，后面還會(huì)有一篇死鎖柿祈。主要將多線程的基礎(chǔ)過一遍哈误，以后有機(jī)會(huì)再繼續(xù)深入哩至！

那么接下來就開始吧，如果文章有錯(cuò)誤的地方請大家多多包涵蜜自，不吝在評(píng)論區(qū)指正哦~

聲明：本文使用JDK1.8

一菩貌、線程池簡介

線程池可以看做是線程的集合。在沒有任務(wù)時(shí)線程處于空閑狀態(tài)重荠，當(dāng)請求到來：線程池給這個(gè)請求分配一個(gè)空閑的線程箭阶，任務(wù)完成后回到線程池中等待下次任務(wù)(而不是銷毀)。這樣就實(shí)現(xiàn)了線程的重用戈鲁。

我們來看看如果沒有使用線程池的情況是這樣的：

• 為每個(gè)請求都新開一個(gè)線程仇参！

public class ThreadPerTaskWebServer {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket socket = new ServerSocket(80);
        while (true) {
            // 為每個(gè)請求都創(chuàng)建一個(gè)新的線程
            final Socket connection = socket.accept();
            Runnable task = () -> handleRequest(connection);
            new Thread(task).start();
        }
    }
    private static void handleRequest(Socket connection) {
        // request-handling logic here
    }
}

為每個(gè)請求都開一個(gè)新的線程雖然理論上是可以的，但是會(huì)有缺點(diǎn)：

• 線程生命周期的開銷非常高婆殿。每個(gè)線程都有自己的生命周期诈乒，創(chuàng)建和銷毀線程所花費(fèi)的時(shí)間和資源可能比處理客戶端的任務(wù)花費(fèi)的時(shí)間和資源更多，并且還會(huì)有某些空閑線程也會(huì)占用資源婆芦。
• 程序的穩(wěn)定性和健壯性會(huì)下降抓谴，每個(gè)請求開一個(gè)線程。如果受到了惡意攻擊或者請求過多(內(nèi)存不足)寞缝，程序很容易就奔潰掉了癌压。

所以說：我們的線程最好是交由線程池來管理，這樣可以減少對線程生命周期的管理荆陆，一定程度上提高性能滩届。

二、JDK提供的線程池API

JDK給我們提供了Excutor框架來使用線程池被啼，它是線程池的基礎(chǔ)帜消。

• Executor提供了一種將“任務(wù)提交”與“任務(wù)執(zhí)行”分離開來的機(jī)制(解耦)

下面我們來看看JDK線程池的總體api架構(gòu)：

image

接下來我們把這些API都過一遍看看：

Executor接口：

image

ExcutorService接口：

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AbstractExecutorService類：

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ScheduledExecutorService接口：

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ThreadPoolExecutor類：

image

ScheduledThreadPoolExecutor類：

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2.1ForkJoinPool線程池

除了ScheduledThreadPoolExecutor和ThreadPoolExecutor類線程池以外，還有一個(gè)是JDK1.7新增的線程池：ForkJoinPool線程池

于是我們的類圖就可以變得完整一些：

image

JDK1.7中新增的一個(gè)線程池浓体，與ThreadPoolExecutor一樣泡挺，同樣繼承了AbstractExecutorService。ForkJoinPool是Fork/Join框架的兩大核心類之一命浴。與其它類型的ExecutorService相比娄猫，其主要的不同在于采用了工作竊取算法(work-stealing)：所有池中線程會(huì)嘗試找到并執(zhí)行已被提交到池中的或由其他線程創(chuàng)建的任務(wù)。這樣很少有線程會(huì)處于空閑狀態(tài)生闲，非常高效媳溺。這使得能夠有效地處理以下情景：大多數(shù)由任務(wù)產(chǎn)生大量子任務(wù)的情況；從外部客戶端大量提交小任務(wù)到池中的情況碍讯。

來源：

• https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/78969238

2.2補(bǔ)充：Callable和Future

學(xué)到了線程池悬蔽，我們可以很容易地發(fā)現(xiàn)：很多的API都有Callable和Future這么兩個(gè)東西。

    Future<?> submit(Runnable task)
    <T> Future<T> submit(Callable<T> task)

其實(shí)它們也不是什么高深的東西~~~

我們可以簡單認(rèn)為：Callable就是Runnable的擴(kuò)展捉兴。

• Runnable沒有返回值蝎困，不能拋出受檢查的異常录语，而Callable可以！

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也就是說：當(dāng)我們的任務(wù)需要返回值的時(shí)禾乘，我們就可以使用Callable澎埠！

Future一般我們認(rèn)為是Callable的返回值，但他其實(shí)代表的是任務(wù)的生命周期(當(dāng)然了盖袭，它是能獲取得到Callable的返回值的)

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簡單來看一下他們的用法：

public class CallableDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 創(chuàng)建線程池對象
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);

        // 可以執(zhí)行Runnable對象或者Callable對象代表的線程
        Future<Integer> f1 = pool.submit(new MyCallable(100));
        Future<Integer> f2 = pool.submit(new MyCallable(200));

        // V get()
        Integer i1 = f1.get();
        Integer i2 = f2.get();

        System.out.println(i1);
        System.out.println(i2);

        // 結(jié)束
        pool.shutdown();
    }
}

Callable任務(wù)：

public class MyCallable implements Callable<Integer> {

    private int number;

    public MyCallable(int number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public Integer call() throws Exception {
        int sum = 0;
        for (int x = 1; x <= number; x++) {
            sum += x;
        }
        return sum;
    }

}

執(zhí)行完任務(wù)之后可以獲取得到任務(wù)返回的數(shù)據(jù)：

image

三失暂、ThreadPoolExecutor詳解

這是用得最多的線程池彼宠，所以本文會(huì)重點(diǎn)講解它鳄虱。

我們來看看頂部注釋：

image

3.1內(nèi)部狀態(tài)

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變量ctl定義為AtomicInteger，記錄了“線程池中的任務(wù)數(shù)量”和“線程池的狀態(tài)”兩個(gè)信息凭峡。

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線程的狀態(tài)：

• RUNNING：線程池能夠接受新任務(wù)拙已，以及對新添加的任務(wù)進(jìn)行處理。
• SHUTDOWN：線程池不可以接受新任務(wù)摧冀，但是可以對已添加的任務(wù)進(jìn)行處理倍踪。
• STOP：線程池不接收新任務(wù)，不處理已添加的任務(wù)索昂，并且會(huì)中斷正在處理的任務(wù)建车。
• TIDYING：當(dāng)所有的任務(wù)已終止，ctl記錄的"任務(wù)數(shù)量"為0椒惨，線程池會(huì)變?yōu)門IDYING狀態(tài)缤至。當(dāng)線程池變?yōu)門IDYING狀態(tài)時(shí)，會(huì)執(zhí)行鉤子函數(shù)terminated()康谆。terminated()在ThreadPoolExecutor類中是空的领斥，若用戶想在線程池變?yōu)門IDYING時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)的處理沃暗；可以通過重載terminated()函數(shù)來實(shí)現(xiàn)月洛。
• TERMINATED：線程池徹底終止的狀態(tài)。

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各個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換：

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3.2已默認(rèn)實(shí)現(xiàn)的池

下面我就列舉三個(gè)比較常見的實(shí)現(xiàn)池：

• newFixedThreadPool
• newCachedThreadPool
• SingleThreadExecutor

如果讀懂了上面對應(yīng)的策略呀孽锥，線程數(shù)量這些嚼黔，應(yīng)該就不會(huì)太難看懂了。

3.2.1newFixedThreadPool

一個(gè)固定線程數(shù)的線程池惜辑，它將返回一個(gè)corePoolSize和maximumPoolSize相等的線程池隔崎。

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

3.2.2newCachedThreadPool

非常有彈性的線程池，對于新的任務(wù)韵丑，如果此時(shí)線程池里沒有空閑線程爵卒，線程池會(huì)毫不猶豫的創(chuàng)建一條新的線程去處理這個(gè)任務(wù)。

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

3.2.3SingleThreadExecutor

使用單個(gè)worker線程的Executor

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

3.3構(gòu)造方法

我們讀完上面的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)池還有對應(yīng)的屬性撵彻，再回到構(gòu)造方法看看

• 構(gòu)造方法可以讓我們自定義(擴(kuò)展)線程池

    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. 指定核心線程數(shù)量
2. 指定最大線程數(shù)量
3. 允許線程空閑時(shí)間
4. 時(shí)間對象
5. 阻塞隊(duì)列
6. 線程工廠
7. 任務(wù)拒絕策略

再總結(jié)一遍這些參數(shù)的要點(diǎn)：

線程數(shù)量要點(diǎn)：

• 如果運(yùn)行線程的數(shù)量少于核心線程數(shù)量钓株，則創(chuàng)建新的線程處理請求
• 如果運(yùn)行線程的數(shù)量大于核心線程數(shù)量实牡，小于最大線程數(shù)量，則當(dāng)隊(duì)列滿的時(shí)候才創(chuàng)建新的線程
• 如果核心線程數(shù)量等于最大線程數(shù)量轴合，那么將創(chuàng)建固定大小的連接池
• 如果設(shè)置了最大線程數(shù)量為無窮创坞，那么允許線程池適合任意的并發(fā)數(shù)量

線程空閑時(shí)間要點(diǎn)：

• 當(dāng)前線程數(shù)大于核心線程數(shù)，如果空閑時(shí)間已經(jīng)超過了受葛，那該線程會(huì)銷毀题涨。

排隊(duì)策略要點(diǎn)：

• 同步移交：不會(huì)放到隊(duì)列中，而是等待線程執(zhí)行它总滩。如果當(dāng)前線程沒有執(zhí)行纲堵，很可能會(huì)新開一個(gè)線程執(zhí)行。
• 無界限策略：如果核心線程都在工作闰渔，該線程會(huì)放到隊(duì)列中席函。所以線程數(shù)不會(huì)超過核心線程數(shù)
• 有界限策略：可以避免資源耗盡，但是一定程度上減低了吞吐量

當(dāng)線程關(guān)閉或者線程數(shù)量滿了和隊(duì)列飽和了冈涧，就有拒絕任務(wù)的情況了：

拒絕任務(wù)策略：

• 直接拋出異常
• 使用調(diào)用者的線程來處理
• 直接丟掉這個(gè)任務(wù)
• 丟掉最老的任務(wù)

四茂附、execute執(zhí)行方法

execute執(zhí)行方法分了三步，以注釋的方式寫在代碼上了~

    public void execute(Runnable command) {
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
        int c = ctl.get();
        //如果線程池中運(yùn)行的線程數(shù)量<corePoolSize督弓，則創(chuàng)建新線程來處理請求营曼，即使其他輔助線程是空閑的。
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }

        //如果線程池中運(yùn)行的線程數(shù)量>=corePoolSize愚隧，且線程池處于RUNNING狀態(tài)蒂阱，且把提交的任務(wù)成功放入阻塞隊(duì)列中，就再次檢查線程池的狀態(tài)奸攻，
            // 1.如果線程池不是RUNNING狀態(tài)蒜危，且成功從阻塞隊(duì)列中刪除任務(wù)，則該任務(wù)由當(dāng)前 RejectedExecutionHandler 處理睹耐。
            // 2.否則如果線程池中運(yùn)行的線程數(shù)量為0辐赞，則通過addWorker(null, false)嘗試新建一個(gè)線程，新建線程對應(yīng)的任務(wù)為null硝训。
        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);
        }
        // 如果以上兩種case不成立响委，即沒能將任務(wù)成功放入阻塞隊(duì)列中，且addWoker新建線程失敗窖梁，則該任務(wù)由當(dāng)前 RejectedExecutionHandler 處理赘风。
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

五、線程池關(guān)閉

ThreadPoolExecutor提供了shutdown()和shutdownNow()兩個(gè)方法來關(guān)閉線程池

shutdown() ：

image

shutdownNow():

image

區(qū)別：

• 調(diào)用shutdown()后纵刘，線程池狀態(tài)立刻變?yōu)镾HUTDOWN邀窃，而調(diào)用shutdownNow()，線程池狀態(tài)立刻變?yōu)镾TOP假哎。
• shutdown()等待任務(wù)執(zhí)行完才中斷線程瞬捕，而shutdownNow()不等任務(wù)執(zhí)行完就中斷了線程鞍历。

六、總結(jié)

本篇博文主要簡單地將多線程的結(jié)構(gòu)體系過了一篇肪虎，講了最常用的ThreadPoolExecutor線程池是怎么使用的~~~

明天希望可以把死鎖寫出來劣砍，敬請期待~~~

還有剩下的幾個(gè)線程池(給出了參考資料)：

• ScheduledThreadPoolExecutor
  • https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/78997029
  • http://cmsblogs.com/?p=2451
• ForkJoinPool
  • https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/78992098

參考資料：

• 《Java核心技術(shù)卷一》
• 《Java并發(fā)編程實(shí)戰(zhàn)》
• http://cmsblogs.com/?page_id=111
• https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/78483167
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/35382932

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