相信大家都使用過線程池娜睛，也了解使用線程池的好處。我們使用線程池最多的還是使用Executors工具類創(chuàng)建FixedThreadPool率翅、SingleThreadPool以及CachedThreadPool三種線程池，如果我們不了解其工作原理，將會碰到很多意想不到的問題念秧，例如內(nèi)存被撐爆，cpu被打滿布疼，線程池?zé)o故中斷摊趾，關(guān)閉線程池應(yīng)該使用shutdown()還是shutdownNow()等等一系列的問題，這篇文章將講解為什么要是用線程池缎除，為什么會出現(xiàn)上述的問題严就，線程池的工作原理是什么，應(yīng)該選擇何種線程池器罐，如何定義線程池線程的個數(shù)等等梢为。本文采用JDK8源碼進行講解，主要講解原理為主轰坊，不過多的涉及到源碼铸董。
注：手機端代碼展示不佳，建議查看原文鏈接

線程是什么

不講書本知識肴沫，只是拋出一個問題：new Thread(); new Runnable(); new Callable(); （盡管不能new 接口粟害，這里只是說明意思，不要較真）颤芬，請問這代表線程嗎悲幅？

一定要注意，這都是類站蝠，java中的類汰具，不是線程，千萬不要看到thread菱魔， runnable留荔， callable就認(rèn)為是線程，它們和Object澜倦， List聚蝶，Map一樣是java語言的類而已杰妓。 或者可以說他們是任務(wù)，線程執(zhí)行的任務(wù)碘勉，因為他們內(nèi)部都有線程要執(zhí)行的方法run()或者call()巷挥，那什么才是線程呢？

new Thread().start(); 調(diào)用了start()方法才會在操作系統(tǒng)層面啟動一個線程恰聘，除此之外都是承載了線程執(zhí)行方法的類而已句各。這一點大家一定要分清楚。

多線程

多線程一定比單線程快嗎晴叨？這個答案是否定的凿宾，在單核處理器環(huán)境下，多個線程執(zhí)行任務(wù)勢必會引起線程上下文切換兼蕊，上下文切換會對當(dāng)前線程的執(zhí)行環(huán)境進行保存初厚，并還原將要執(zhí)行線程的執(zhí)行環(huán)境，存在開銷孙技。多線程與單線程相比产禾，多出了上下文切換的時間，因此在單核處理器環(huán)境下牵啦，多線程并不會提高性能亚情。

現(xiàn)今，處理基本上都是多核多處理器哈雏，因此合理使用多線程編程將取很大的性能提升楞件。但是當(dāng)線程數(shù)過多，引起過多的上下文切換裳瘪，當(dāng)上下文切換的開銷大于多線程帶來的收益的話土浸，性能將會下降。濫用多線程將會是一場災(zāi)難彭羹。

線程池的引入

首先從線程類Thread講起黄伊，Thread類具有兩個功能：

1. 維護線程 線程的創(chuàng)建、休眠派殷、中斷还最、暫停、銷毀
2. 執(zhí)行任務(wù) Thread類及其子類run()毡惜， Runnable對象的run(), Callable對象的call() （更準(zhǔn)確的說應(yīng)該是FutureTask憋活，因為Callable對象并不能傳入Thread類）

Thread類將線程和任務(wù)耦合在一起，一般的使用方式為：有多少個任務(wù)就需要多少個線程去執(zhí)行虱黄，并發(fā)的任務(wù)數(shù)太多，就會引起大量的上下文切換吮成，以及線程的創(chuàng)建與銷毀（線程的創(chuàng)建和銷毀都設(shè)計到內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)的轉(zhuǎn)換橱乱，開銷也不容小覷）辜梳。

為了能對線程進行統(tǒng)一的管理和復(fù)用，引入了線程池泳叠。線程池對線程進行統(tǒng)一的管理作瞄，并可以彈性的擴展，將執(zhí)行任務(wù)和線程完全分離危纫，任務(wù)存放到阻塞隊列中宗挥，線程不斷的去阻塞隊列中取任務(wù)執(zhí)行。從而達到線程復(fù)用的目的（說白了种蝶，線程在死循環(huán)中去阻塞隊列獲取數(shù)據(jù)契耿，如果獲取不到就阻塞，如果獲取到就執(zhí)行螃征，其run（）方法一直執(zhí)行）搪桂，這樣線程與任務(wù)個數(shù)比為m:n 其中m<<<n

因此，編寫多線程程序時盯滚，我們最好使用線程池踢械。

線程池的參數(shù)

• corePoolSize

核心線程數(shù)，當(dāng)提交任務(wù)時如果線程數(shù)小于corePoolSize魄藕，則直接創(chuàng)建線程執(zhí)行該任務(wù)内列，否則，將任務(wù)添加到阻塞隊列

• maximumPoolSize

最大線程數(shù)背率，當(dāng)提交任務(wù)時话瞧，任務(wù)需添加到阻塞隊列且阻塞隊列滿時，如果線程數(shù)小于maximumPoolSize退渗，則創(chuàng)建線程執(zhí)行該任務(wù)移稳，否則執(zhí)行拒絕策略

注：如果阻塞隊列采用的是無界隊列的話，該參數(shù)無意義会油，因為阻塞隊列無界就永遠不會滿

• keepAliveTime

線程空閑時間个粱，空閑時間超過該時間則銷毀線程，只對大于corePoolSize~maximumPoolSize的線程有效翻翩，即至少保留corePoolSize個線程都许，即便空閑時間大于keepAliveTime也不銷毀。（核心線程也是可以銷毀的嫂冻，需要設(shè)置核心線程過期）

注：如果阻塞隊列為無界胶征，則maximumPoolSize無意義，那么keepAliveTime也就無意義

• unit

keepAliveTime的時間單位

• workQueue

阻塞隊列桨仿，分為有界隊列和無界隊列睛低，一般使用LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue，用于存放任務(wù)钱雷，阻塞隊列的泛型必須是Runnable

• threadFactory

線程工廠骂铁，負(fù)責(zé)創(chuàng)建線程，指定線程名罩抗，線程組拉庵，線程優(yōu)先級，是否為守護線程等信息

• handler

拒絕策略套蒂，當(dāng)阻塞隊列放不下钞支，且線程數(shù)達到最大值maximumPoolSize時，再提交任務(wù)操刀，改任務(wù)會被拒絕烁挟。目前，JDK提供了四種拒絕策略

1. CallerRunsPolicy 調(diào)用線程執(zhí)行策略馍刮，當(dāng)前執(zhí)行的線程執(zhí)行該任務(wù)信夫，可以保證任務(wù)不丟失，減緩任務(wù)添加的速度
2. AbortPolicy 直接拋出異常卡啰，會導(dǎo)致線程池拋異常静稻，線程池不可用，默認(rèn)拒絕策略
3. DiscardPolicy 直接丟棄該任務(wù)
4. DiscardOldestPolicy 丟棄最老的任務(wù)匈辱，重試添加該任務(wù)

注：如果阻塞隊列為無界振湾，則拒絕策略無效，因為不會存在任務(wù)放不下的情況亡脸，也可以自定義自己的拒絕策略押搪。該參數(shù)一定要重視

線程池的構(gòu)造函數(shù)

構(gòu)造線程池?zé)o非就是為上節(jié)中介紹的幾個參數(shù)賦值，源碼如下

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;
}

其他的構(gòu)造函數(shù)浅碾，都是間接調(diào)用該構(gòu)造函數(shù)

線程池的工作原理

1. 提交任務(wù)大州，如何當(dāng)前線程數(shù)<corPoolSize，不管是否有空閑線程都會創(chuàng)建新的線程執(zhí)行
2. 如何當(dāng)前線程數(shù)>=corPoolSize垂谢，將任務(wù)提交給阻塞隊列
3. 如果阻塞隊列不滿厦画，添加到阻塞隊列，否則執(zhí)行4
4. 如果當(dāng)前線程數(shù)<maxPoolSize,且不存在空閑線程則創(chuàng)建一個線程執(zhí)行該任務(wù)滥朱，否則執(zhí)行5
5. 執(zhí)行拒絕策略

第一步需要注意的是在提交任務(wù)時根暑，excutor會不會判斷有無空閑線程，答案是不會徙邻，因為如果每次提交任務(wù)都需要判斷有無空閑線程排嫌，將會造成很大的開銷，excutor的做法是缰犁，啟動的每一個worker在空閑時都會去阻塞隊里阻塞的獲取任務(wù)淳地，如果沒有任務(wù)則worker會阻塞怖糊，因為worker到底空不空閑worker自己是最清楚的。

線程執(zhí)行完一個任務(wù)之后薇芝，會從阻塞隊列中獲取任務(wù)蓬抄，如果沒有任務(wù)可以獲取，則阻塞等待夯到，如果有任務(wù)則直接獲取執(zhí)行。與此同時饮亏，線程池中有專門的線程堅持線程的空閑時間（等待任務(wù)的時間）耍贾，如果超過指定時間且線程數(shù)>corePoolSize，就銷毀線程路幸。

Executors提供的三種線程池

• FixedThreadPool

固定大小的線程池荐开，其源代碼如下：

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

通過源碼可以看出，線程池的corePoolSize和maximumPoolSize都為指定大小简肴，阻塞隊列使用無界阻塞隊列（看到無界阻塞隊列晃听，就應(yīng)該想到maximumPoolSize、keepAliveTime砰识、handler都無效）能扒，因此，該方法中有用的參數(shù)只有corePoolSize和workQueue是有意義的辫狼。

存在的問題：當(dāng)任務(wù)執(zhí)行的較慢初斑，且任務(wù)提交的速度過快時，會有大量的任務(wù)存放到阻塞隊列中膨处，阻塞隊列會越來越大见秤，內(nèi)存會被撐爆，使用該線程池時真椿，一定要考慮清楚鹃答。

除了該方法外，Executors還提供了重載方法突硝，可以指定ThreadFactory测摔，但是卻沒有提供修改阻塞隊列的重載方法

使用場景： 負(fù)載較重的服務(wù)器

• SingleThreadPool

當(dāng)個線程的線程池，與FixedThreadPool相比就是將線程數(shù)指定為1狞换，同樣該線程池存在FixedThreadPool存在的問題避咆，其源碼如下：

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

與FixedThreadPool類型，Executors也提供了指定ThreadFactory的重載方法

使用場景： 單線程執(zhí)行環(huán)境修噪，保證順序執(zhí)行各個任務(wù)的場景

• CachedThreadPool

使用SynchronousQueue阻塞隊列查库，該隊列不保存元素，有任務(wù)提交到阻塞隊列時黄琼，任務(wù)必須立即被處理樊销。源碼如下：

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

從源碼中可以看出整慎，maximumPoolSize的值為Integer.MAX_VALUE，意味著只要有任務(wù)到達围苫，且線程池內(nèi)沒有空閑線程裤园，就給任務(wù)開辟一個線程去執(zhí)行。線程空閑60s就銷毀

存在問題：如果任務(wù)執(zhí)行時間長剂府，提交速度快拧揽，那么會產(chǎn)生大量的線程，引起上下文切換腺占，應(yīng)用可能會出現(xiàn)假死或者崩潰的情況淤袜。

同樣，這種類型的線程池衰伯，也提供了一個指定ThreadFactory的重載方法
使用場景：適用于大量短期異步任務(wù)铡羡，或者負(fù)載較輕的服務(wù)器

由此可見：Executors提供的三種線程池都各自有優(yōu)缺點，如果使用線程池意鲸，建議不要使用這三種線程池烦周，而是直接通過線程池的構(gòu)造方法指定自己的corePoolSize，maximumPoolSize怎顾，keepAliveTime读慎，阻塞隊列workQueue，ThreadFactory杆勇，拒絕策略贪壳，自己指定的優(yōu)點就是可以根據(jù)自己的場景靈活的對各個參數(shù)進行配置。

線程池提交任務(wù)

• submit()

提交有返回值的任務(wù)蚜退，返回值為Future類型（真正的類型是RunnableFuture闰靴，而實現(xiàn)RunnableFuture接口的在JDK實現(xiàn)中對外可以使用的就只有FutureTask類

有關(guān)FutureTask的相關(guān)知識可以參考我的另外一篇文章： FutureTask原理講解與源碼剖析）

• execute()

提交沒有返回值的任務(wù)

線程池關(guān)閉

• shutdown()

將線程池的狀態(tài)修改為shutdown，禁止向線程池中提交任務(wù)钻注，并執(zhí)行完已經(jīng)提交的任務(wù)

• shutdonwNow()

將線程池的狀態(tài)修改為stop蚂且， 立即終止線程池中的線程， 不處理阻塞隊列中的任務(wù)幅恋，返回沒有執(zhí)行任務(wù)的列表

可以通過isTerminated()方法判斷線程池是否完全關(guān)閉
也可以通過awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)最長等待一段時間后退出杏死，但并不能保證關(guān)閉

如何分配線程池的大小

一般來講沒有上下文切換的多線程程序是最好的，因此捆交，如果有n個核淑翼，那么啟動n個線程就可以。但是線程并不是一直處于運行狀態(tài)（可能在等待IO放棄了cpu資源）品追，這樣cpu資源就會浪費玄括，因此我們一般針對不同的任務(wù)設(shè)定不同的線程數(shù)。

首先我們應(yīng)該獲取服務(wù)器的線程數(shù)肉瓦，可以通過如下代碼獲仍饩：

Runtime.getRuntime().availableProcessors();

注意胃惜，如果使用docker容器，使用該參數(shù)獲取的是實機的核數(shù)哪雕，并不是分配給docker容器的核數(shù)船殉，如果碰到需要修改， 具體情況具體分析斯嚎。

1. 針對IO密集型任務(wù)：一般分配2*p個線程（p代表服務(wù)器cpu總核數(shù)）
2. 針對cpu密集型任務(wù)： 一般分配 p+1個線程

線程池的監(jiān)控

線程池提供了很多參數(shù)利虫，來記錄線程池中各個狀態(tài)，了解即可：

1. taskCount 線程池執(zhí)行任務(wù)總數(shù)
2. completedTaskCount 已執(zhí)行完成任務(wù)數(shù)量
3. largestPoolSize 創(chuàng)建過最大的線程數(shù)
4. getPoolSize() 當(dāng)前線程數(shù)量
5. getActiveCount() 活動線程數(shù)

除此之外堡僻，還可以繼承線程池類定義自己的線程池實現(xiàn)列吼， 可以重寫 beforeExecute(), afterExecute(), terminated()方法設(shè)置監(jiān)控

總結(jié)

本文并沒有從源碼的角度講解線程池，更加詳細(xì)的實現(xiàn)將在下一周抽時間整理苦始。

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