1.簡介

在計算機程序設(shè)計中，線程池是一個在計算機程序中實現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行的軟件設(shè)計模式蓄拣。一個線程池保持多個線程等待任務(wù)分配給并發(fā)執(zhí)行的監(jiān)督程序尉咕。通過維護一個線程池的模型，提高性能涤久，例如，對于執(zhí)行時間較短的任務(wù)忍弛，避免了由于頻繁創(chuàng)建和銷毀線程造成的系統(tǒng)消耗响迂。——維基百科

個人理解：線程池就相當于一個處理任務(wù)的線程工廠细疚，里面有很多工人（線程）蔗彤，當任務(wù)來了的時候，可以讓工人立即開始工作（線程執(zhí)行），當任務(wù)處理完了然遏，則可以讓工人休息（sleep）贫途。所以，處理任務(wù)時待侵，我們不用花時間單獨去外面請工人（線程的創(chuàng)建）丢早，完事后不用辭退工人（線程的銷毀），在任務(wù)量比較龐大的時候秧倾，能夠顯著的提高系統(tǒng)的處理能力怨酝。

其作用總結(jié)如下：

1. 控制和管理線程；
2. 顯著減少CPU閑置時間中狂；
3. 提升吞吐能力凫碌。

tips:本講的線程池主要是針對Java自帶的java.util.concurrent包扑毡。

2.使用場景

那什么時候可以考慮上線程池呢胃榕？首先，對于線程瞄摊，可以粗略的分為三個周期：

當T₁+T₃>>T₂時勋又，可以考慮上線程池。對于如何估算各個周期的執(zhí)行時間换帜，可以粗略分析是否是CPU密集型任務(wù)楔壤，如果不是，舉個極端例子：求1+1=?惯驼，那么線程執(zhí)行周期T₂就明顯很短蹲嚣，創(chuàng)建和銷毀時間遠大于執(zhí)行時間。此時就可以考慮上線程池了祟牲。

那么隙畜，很多童鞋會有個疑惑，線程池與new Thread()有什么區(qū)別呢说贝？線程池的好處在于：

1. 重用存在的線程议惰，減少對象創(chuàng)建、消亡的開銷乡恕，性能佳言询。
2. 可有效控制最大并發(fā)線程數(shù)，提高系統(tǒng)資源的使用率傲宜，同時避免過多資源競爭运杭，避免堵塞。
3. 提供定時執(zhí)行函卒、定期執(zhí)行辆憔、單線程、并發(fā)數(shù)控制等功能。

相反躁愿，new Thread()方法只是單純的創(chuàng)建線程叛本，注重單個線程本身。當啟動多個線程時彤钟，需循環(huán)調(diào)用new Thread()方法来候，耗費大量時間在創(chuàng)建和銷毀線程上。

3. 重要組成部分（類）

Java中線程池的頂級接口是Executor逸雹，里面只提供了一個方法void execute(Runnable command);,可以看出來它只是提供了一個線程執(zhí)行的工具類营搅，所以我們更認同地將其子類ExecutorService視為線程池真正的接口。

線程池相關(guān)類

具體介紹下面繼續(xù)梆砸，廢話不多說转质，趕緊的先建個線程池出來溜溜～～～
創(chuàng)建線程池的方法有很多種，我們快馬加鞭帖世，來個最省事兒的休蟹，傻瓜式的創(chuàng)建線程池，不得不先提出Executors類（注意帶s）日矫，本類為創(chuàng)建線程池的工具類（了解Java集合的童鞋赂弓，可以類比Collections類與Collection接口）。

3.1 Executors類

該類提供了創(chuàng)建線程池的方法哪轿，比較常用的如下：

1. newSingleThreadExecutor();
2. newFixedThreadPool(int nThreads);
3. newCachedThreadPool();
4. newScheduledThreadPool(int corePoolSize);

以上方法都會返回一個線程池盈魁，只是各自的功能不一樣，下面分別介紹各自的實現(xiàn)和使用場景窃诉。

3.1.1 newSingleThreadExecutor();

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

創(chuàng)建一個單線程的線程池杨耙，池中保持單個線程串行執(zhí)行任務(wù)，如果線程因異常結(jié)束飘痛，則會創(chuàng)建一個新的線程來替代它珊膜，可以保證所有任務(wù)的執(zhí)行順序按照任務(wù)的提交順序執(zhí)行。

3.1.2 newFixedThreadPool(int nThreads)

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

創(chuàng)建一個固定大小可重用線程的線程池敦冬，任何時候辅搬，頂多有nThreads個線程處于活躍狀態(tài)執(zhí)行任務(wù)。當nThreads個線程滿負荷運轉(zhuǎn)時脖旱，新增的任務(wù)會加到無界隊列里等候堪遂，直到有空閑線程來處理。當線程因異常退出后萌庆，會創(chuàng)建一個新線程來替代溶褪。在某個線程被顯式地關(guān)閉之前，池中的線程將一直存在践险。

3.1.3 newCachedThreadPool();

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

創(chuàng)建一個可根據(jù)需要創(chuàng)建新線程的線程池猿妈，優(yōu)先重用已創(chuàng)建的可用的線程吹菱，該線程池可以顯著的提高程序的性能。當沒有可用的線程時彭则，則會在池中創(chuàng)建新的線程鳍刷。當線程沒有被使用超過60s，則會從池中remove掉俯抖，最低數(shù)量為0输瓜。因此，長時間保持空閑的線程池不會消耗任何資源芬萍。但是尤揣，當出現(xiàn)新任務(wù)時，又要創(chuàng)建一新的工作線程柬祠，又要一定的系統(tǒng)開銷北戏。并且，在使用CachedThreadPool時漫蛔，一定要注意控制任務(wù)的數(shù)量嗜愈，否則，由于大量線程同時運行惩猫，很有會造成系統(tǒng)癱瘓芝硬⊙恋悖可以使用ThreadPoolExecutor構(gòu)造方法（后文會重點講到）創(chuàng)建具有類似屬性但細節(jié)不同（例如超時參數(shù)）的線程池轧房。

3.1.4 newScheduledThreadPool(int corePoolSize);

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

public class ScheduledThreadPoolExecutor
    extends ThreadPoolExecutor
    implements ScheduledExecutorService {

    //ScheduledThreadPoolExecutor類的構(gòu)造方法，其余方法和變量略
    public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, TimeUnit.NANOSECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }
 }

創(chuàng)建一個能在指定時間后或周期性地執(zhí)行任務(wù)的線程池绍绘，池中會保持corePoolSize個線程奶镶，即使處于空閑狀態(tài)。

3.2 ThreadPoolExecutor類

可以看出陪拘，上面四種線程池都基本上是基于ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor來實現(xiàn)的厂镇。在此，我們主要講解前者左刽，了解其構(gòu)造函數(shù)的各個參數(shù)的實際意義捺信。

一切沒有源碼的解釋都是耍流氓。

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;
}

• 注1：

1. ArrayBlockingQueue: 基于數(shù)組的有界隊列长踊。有助于防止資源耗盡功舀，但較難控制大小，需要考慮池大小和隊列的大小的折衷身弊，大型池小型隊列cpu使用率較高辟汰，但是請求量很大時，可能遇到不可接受的調(diào)度開銷阱佛。小型池大型隊列會降低cpu使用率帖汞，避免頻繁的線程切換導致的系統(tǒng)消耗，但處理速率也就下降了凑术。值得注意的是翩蘸，在生產(chǎn)者放入數(shù)據(jù)和消費者獲取數(shù)據(jù)，都是共用同一個鎖對象淮逊，由此也意味著兩者無法真正并行運行催首，這點尤其不同于LinkedBlockingQueue。
2. LinkedBlockingQueue: 基于鏈表的“無界”隊列泄鹏。實際上具有類似無限大小的容量(Integer.MAX_VALUE)郎任，也可以在構(gòu)造函數(shù)中指定大小。LinkedBlockingQueue之所以能夠高效的處理并發(fā)數(shù)據(jù)备籽，還因為其對于生產(chǎn)者端和消費者端分別采用了獨立的鎖來控制數(shù)據(jù)同步舶治，這也意味著在高并發(fā)的情況下生產(chǎn)者和消費者可以并行地操作隊列中的數(shù)據(jù)，以此來提高整個隊列的并發(fā)性能车猬。
3. SynchronousQueue: 無緩沖的等待隊列霉猛，類似于無中介的直接交易，其特點是讀取交替完成诈唬，沒有實際容量韩脏，它將任務(wù)直接提交。對于SynchronousQueue的作用jdk中寫的很清楚：此策略可以避免在處理可能具有內(nèi)部依賴性的請求集時出現(xiàn)鎖铸磅。舉個例子赡矢，如果你的任務(wù)A₁杭朱，A₂有內(nèi)部關(guān)聯(lián)，A₁需要先運行吹散，那么先提交A₁弧械，再提交A₂，當使用SynchronousQueue我們可以保證空民，A₁必定先被執(zhí)行刃唐，在A₁沒有被執(zhí)行前，A₂不可能添加入queue中界轩。

• 注2：

1. AbortPolicy : java默認画饥，拋出一個異常：RejectedExecutionException。
2. CallerRunsPolicy : 如果發(fā)現(xiàn)線程池還在運行浊猾，就直接運行這個線程的run()方法抖甘。
3. DiscardOldestPolicy : 在線程池的等待隊列中，將隊首任務(wù)拋棄葫慎，使用當前任務(wù)來替換衔彻。
4. DiscardPolicy : 什么也不做。

這一塊不清楚的可以參看Java線程池架構(gòu)(一)原理和源碼解析

tips：下面就是我看完某篇博文收到啟發(fā)偷办，舉一個經(jīng)典的例子艰额，大家可以按照這個思路去理解。

把線程池理解成一個醫(yī)院椒涯，在醫(yī)院成立之初柄沮，醫(yī)生數(shù)量為 0，當有患者時逐工，沒有醫(yī)生來診療患者铡溪，醫(yī)院會去招聘新的醫(yī)生，一旦這些醫(yī)生忙不過來時泪喊，繼續(xù)招聘，直到達到corePoolSize數(shù)量髓涯，停止招聘袒啼。此時的corePoolSize個醫(yī)生為正式員工，即使沒有患者纬纪，也不會辭退他們（銷毀線程）蚓再。

醫(yī)生達到corePoolSize后，當有新患者來就診包各，醫(yī)生忙不過來時劈愚，直接讓他們在候診區(qū)（workQueue）取號等候扭仁，當醫(yī)生看完上一個病人時，會去候診區(qū)叫下一個號進去略号，如果沒有患者，則可以休息揩环。

當患者數(shù)量急劇上升，候診區(qū)座位數(shù)不夠了，這時掏击，醫(yī)院會再去招聘臨時工醫(yī)生，這些臨時工醫(yī)生會讓沒有座位的患者立即就診秩铆，醫(yī)院按需求逐個招聘砚亭，直到達到maximumPoolSize數(shù)量，停止招聘殴玛。

當臨時招聘的醫(yī)生長時間（keepAliveTime）處于空閑狀態(tài)時捅膘，醫(yī)院就會解雇他們，畢竟要額外付工資啊～

4. 總結(jié)

綜上滚粟，文中提到創(chuàng)建線程池的方式有兩種:

1. 通過Executors類提供的靜態(tài)工廠方法篓跛，例如：

ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(nThreads);

2. 通過ThreadPoolExecutor來構(gòu)造，例如：

ExecutorService es =
    new ThreadPoolExecutor(corePoolSize,maximumPoolSize,
        keepAliveTime,timeUnit,workQueue);

其中坦刀，如果沒有特殊要求愧沟，使用第一種方法可以快速構(gòu)建出線程池。如果根據(jù)業(yè)務(wù)不同鲤遥，需要自定義線程池沐寺，第二種方法將給你充分的發(fā)揮空間。

下篇博文將會利用線程池基于Socket實現(xiàn)客戶端->服務(wù)器文件的傳輸盖奈，將會有大量實例代碼混坞。