線程池的幾個靈魂拷問（一）

之前的博客里有寫過一點線程池吠架，但是只是蜻蜓點水式的談了一下，恰巧前段時間在工作中有了線程池的使用經(jīng)驗搂鲫，而且線程池的優(yōu)化又是一個比較有挑戰(zhàn)的難題傍药，所以這里借著實戰(zhàn)經(jīng)驗結合原理來一篇線程池的總結文章。

1.為什么要用線程池魂仍？

線程池解決的核心問題就是資源管理問題拐辽。在并發(fā)環(huán)境下，系統(tǒng)不能夠確定在任意時刻中擦酌，有多少任務需要執(zhí)行俱诸，有多少資源需要投入。這種不確定性將帶來以下若干問題：

頻繁申請/銷毀資源和調(diào)度資源赊舶，將帶來額外的消耗睁搭，可能會非常巨大。
對資源無限申請缺少抑制手段笼平，易引發(fā)系統(tǒng)資源耗盡的風險园骆。
系統(tǒng)無法合理管理內(nèi)部的資源分布，會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性出吹。

為解決資源分配這個問題遇伞，線程池采用了“池化”（Pooling）思想。池化捶牢，顧名思義鸠珠，就是將資源統(tǒng)一在一起管理的一種思想。

2.線程池的核心參數(shù)

Java中的線程池核心實現(xiàn)類是ThreadPoolExecutor秋麸，ThreadPoolExecutor實現(xiàn)的頂層接口是Executor渐排，頂層接口Executor提供了一種思想：將任務提交和任務執(zhí)行進行解耦。用戶無需關注如何創(chuàng)建線程灸蟆，如何調(diào)度線程來執(zhí)行任務驯耻，用戶只需提供Runnable對象，將任務的運行邏輯提交到執(zhí)行器(Executor)中炒考，由Executor框架完成線程的調(diào)配和任務的執(zhí)行部分可缚。ThreadPoolExecutor，主要構造方法：

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

corePoolSize：核心線程大小斋枢，當提交一個任務到線程池時帘靡，線程池會創(chuàng)建一個線程來執(zhí)行任務，即使有其他空閑線程可以處理任務也會創(chuàng)新線程瓤帚，等到工作的線程數(shù)大于核心線程數(shù)時就不會在創(chuàng)建了描姚。如果調(diào)用了線程池的prestartAllCoreThreads方法涩赢，線程池會提前把核心線程都創(chuàng)造好，并啟動

maximumPoolSize：線程池允許創(chuàng)建的最大線程數(shù)轩勘。如果隊列滿了筒扒，并且以創(chuàng)建的線程數(shù)小于最大線程數(shù)，則線程池會再創(chuàng)建新的線程執(zhí)行任務绊寻。如果我們使用了無界隊列花墩，那么所有的任務會加入隊列，這個參數(shù)就沒有什么效果了

keepAliveTime：線程池的工作線程空閑后榛斯，保持存活的時間观游。如果沒有任務處理了搂捧，有些線程會空閑驮俗，空閑的時間超過了這個值，會被回收掉允跑。如果任務很多王凑，并且每個任務的執(zhí)行時間比較短，避免線程重復創(chuàng)建和回收聋丝，可以調(diào)大這個時間索烹，提高線程的利用率。

unit：keepAliveTIme的時間單位弱睦，可以選擇的單位有天百姓、小時、分鐘况木、毫秒垒拢、微妙、千分之一毫秒和納秒火惊。類型是一個枚舉java.util.concurrent.TimeUnit求类，這個枚舉也經(jīng)常使用，有興趣的可以看一下其源碼

workQueue：工作隊列屹耐，用于緩存待處理任務的阻塞隊列尸疆，常見的有4種，后面有介紹

threadFactory：線程池中創(chuàng)建線程的工廠惶岭，可以通過線程工廠給每個創(chuàng)建出來的線程設置更有意義的名字

handler：飽和策略寿弱，當線程池無法處理新來的任務了，那么需要提供一種策略處理提交的新任務按灶，默認有4種策略症革，文章后面會提到

線程池的簡單使用示例代碼：

public class Demo1 {
    static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3,
            5,
            10,
            TimeUnit.SECONDS,
            new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int j = i;
            String taskName = "任務" + j;
            executor.execute(() -> {
                //模擬任務內(nèi)部處理耗時
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(j);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + taskName + "處理完畢");
            });
        }
        //關閉線程池
        executor.shutdown();
    }
}

3、任務調(diào)度流程

首先檢測線程池運行狀態(tài)兆衅，如果不是RUNNING地沮，則直接拒絕嗜浮，線程池要保證在RUNNING的狀態(tài)下執(zhí)行任務。
如果workerCount < corePoolSize摩疑，則創(chuàng)建并啟動一個線程來執(zhí)行新提交的任務危融。
如果workerCount >= corePoolSize，且線程池內(nèi)的阻塞隊列未滿雷袋，則將任務添加到該阻塞隊列中吉殃。
如果workerCount >= corePoolSize && workerCount < maximumPoolSize，且線程池內(nèi)的阻塞隊列已滿楷怒，則創(chuàng)建并啟動一個線程來執(zhí)行新提交的任務蛋勺。
如果workerCount >= maximumPoolSize，并且線程池內(nèi)的阻塞隊列已滿, 則根據(jù)拒絕策略來處理該任務, 默認的處理方式是直接拋異常鸠删。

任務調(diào)度策略

4.線程池中常見5種工作隊列

任務太多的時候抱完，工作隊列用于暫時緩存待處理的任務，JDK中常見的5種阻塞隊列：

ArrayBlockingQueue：是一個基于數(shù)組結構的有界阻塞隊列刃泡，此隊列按照先進先出原則對元素進行排序
LinkedBlockingQueue：是一個基于鏈表結構的阻塞隊列巧娱，此隊列按照先進先出排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue烘贴。靜態(tài)工廠方法Executors.newFixedThreadPool使用了這個隊列禁添。
SynchronousQueue ：一個不存儲元素的阻塞隊列，每個插入操作必須等到另外一個線程調(diào)用移除操作桨踪，否則插入操作一直處理阻塞狀態(tài)老翘，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，靜態(tài)工廠方法Executors.newCachedThreadPool使用這個隊列
PriorityBlockingQueue：優(yōu)先級隊列锻离，進入隊列的元素按照優(yōu)先級會進行排序

5.四種常見飽和策略

AbortPolicy：直接拋出異常
CallerRunsPolicy：在當前調(diào)用者的線程中運行任務铺峭，即隨丟來的任務，由他自己去處理
DiscardOldestPolicy：丟棄隊列中最老的一個任務纳账，即丟棄隊列頭部的一個任務逛薇，然后執(zhí)行當前傳入的任務
DiscardPolicy：不處理，直接丟棄掉疏虫，方法內(nèi)部為空

6.Executors類

Executors類永罚，提供了一系列工廠方法用于創(chuàng)建線程池，返回的線程池都實現(xiàn)了ExecutorService接口卧秘。常用的方法有：

newSingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory)

創(chuàng)建一個單線程的線程池呢袱。這個線程池只有一個線程在工作，也就是相當于單線程串行執(zhí)行所有任務翅敌。如果這個唯一的線程因為異常結束羞福，那么會有一個新的線程來替代它。此線程池保證所有任務的執(zhí)行順序按照任務的提交順序執(zhí)行蚯涮。內(nèi)部使用了無限容量的LinkedBlockingQueue阻塞隊列來緩存任務治专，任務如果比較多卖陵，單線程如果處理不過來，會導致隊列堆滿张峰，引發(fā)OOM泪蔫。

newFixedThreadPool

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory)

創(chuàng)建固定大小的線程池。每次提交一個任務就創(chuàng)建一個線程喘批，直到線程達到線程池的最大大小撩荣。線程池的大小一旦達到最大值就會保持不變，在提交新任務饶深，任務將會進入等待隊列中等待餐曹。如果某個線程因為執(zhí)行異常而結束，那么線程池會補充一個新線程敌厘。內(nèi)部使用了無限容量的LinkedBlockingQueue阻塞隊列來緩存任務台猴，任務如果比較多，如果處理不過來额湘，會導致隊列堆滿卿吐，引發(fā)OOM旁舰。

newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool()
public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory)

創(chuàng)建一個可緩存的線程池锋华。如果線程池的大小超過了處理任務所需要的線程，那么就會回收部分空閑（60秒處于等待任務到來）的線程箭窜，當任務數(shù)增加時毯焕，此線程池又可以智能的添加新線程來處理任務。此線程池的最大值是Integer的最大值(2^31-1)磺樱。內(nèi)部使用了SynchronousQueue同步隊列來緩存任務纳猫，此隊列的特性是放入任務時必須要有對應的線程獲取任務，任務才可以放入成功竹捉。如果處理的任務比較耗時芜辕，任務來的速度也比較快，會創(chuàng)建太多的線程引發(fā)OOM块差。

newScheduledThreadPool

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory)

創(chuàng)建一個大小無限的線程池侵续。此線程池支持定時以及周期性執(zhí)行任務的需求。

在《阿里巴巴java開發(fā)手冊》中指出了線程資源必須通過線程池提供憨闰，不允許在應用中自行顯示的創(chuàng)建線程状蜗，這樣一方面是線程的創(chuàng)建更加規(guī)范，可以合理控制開辟線程的數(shù)量鹉动；另一方面線程的細節(jié)管理交給線程池處理轧坎，優(yōu)化了資源的開銷。而線程池不允許使用Executors去創(chuàng)建泽示，而要通過ThreadPoolExecutor方式缸血，這一方面是由于jdk中Executor框架雖然提供了如newFixedThreadPool()蜜氨、newSingleThreadExecutor()、newCachedThreadPool()等創(chuàng)建線程池的方法捎泻，但都有其局限性记劝，不夠靈活；另外由于前面幾種方法內(nèi)部也是通過ThreadPoolExecutor方式實現(xiàn)族扰，使用ThreadPoolExecutor有助于大家明確線程池的運行規(guī)則厌丑，創(chuàng)建符合自己的業(yè)務場景需要的線程池，避免資源耗盡的風險渔呵。

1怒竿、JAVA線程池，這一篇就夠了
2扩氢、JUC中的Executor框架詳解1