線程池

為什么要使用線程池

在實(shí)際使用中联予，線程是很占用系統(tǒng)資源的啼县，如果對(duì)線程管理不善很容易導(dǎo)致系統(tǒng)問(wèn)題。 因此躯泰，在大多數(shù)并發(fā)框架中都會(huì)使用線程池來(lái)管理線程谭羔，使用線程池管理線程主要有如下好處：

(1)降低資源消耗。通過(guò)復(fù)用已存在的線程和降低線程關(guān)閉的次數(shù)來(lái)盡可能降低系統(tǒng)性能損耗

(2)提升系統(tǒng)響應(yīng)速度麦向。通過(guò)復(fù)用線程瘟裸，省去創(chuàng)建線程的過(guò)程，因此整體上提升了系統(tǒng)的響應(yīng)速度

(3)提高線程的可管理性诵竭。線程是稀缺資源话告，如果無(wú)限制的創(chuàng)建兼搏，不僅會(huì)消耗系統(tǒng)資源， 還會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性沙郭，因此佛呻，需要使用線程池來(lái)管理線程。

線程池的工作原理

當(dāng)一個(gè)并發(fā)任務(wù)提交給線程池病线，線程池分配線程去執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程如下：

線程池執(zhí)行所提交的任務(wù)過(guò)程主要有這樣幾個(gè)階段：

(1)先判斷線程池中核心線程池所有的線程是否都在執(zhí)行任務(wù)吓著。 如果不是，則新創(chuàng)建一個(gè)線程執(zhí)行剛提交的任務(wù)送挑，否則绑莺，核心線程池中所有的線程都在執(zhí)行任務(wù)，則進(jìn)入(2)

(2)判斷當(dāng)前阻塞隊(duì)列是否已滿惕耕，如果未滿纺裁， 則將提交的任務(wù)放置在阻塞隊(duì)列中；否則司澎，則進(jìn)入(3)

(3)判斷線程池中所有的線程是否都在執(zhí)行任務(wù)欺缘， 如果沒(méi)有，則創(chuàng)建一個(gè)新的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)挤安，否則谚殊，則交給飽和策略進(jìn)行處理

線程池執(zhí)行邏輯

通過(guò)ThreadPoolExecutor創(chuàng)建線程池后，提交任務(wù)后執(zhí)行過(guò)程是怎樣的漱受，下面來(lái)通過(guò)源碼來(lái)看一看络凿。execute()方法源碼如下：

public void execute(Runnable command) {

? ? if (command == null)

? ? ? ? throw new NullPointerException();

? ? int c = ctl.get();

? ? //如果線程池的線程個(gè)數(shù)少于corePoolSize則創(chuàng)建新線程執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)

? ? if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {

? ? ? ? if (addWorker(command, true))

? ? ? ? ? ? return;

? ? ? ? c = ctl.get();

? ? }

? ? //如果線程個(gè)數(shù)大于corePoolSize或者創(chuàng)建線程失敗，則將任務(wù)存放在阻塞隊(duì)列workQueue中

? ? 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);

? ? }

? ? //如果當(dāng)前任務(wù)無(wú)法放進(jìn)阻塞隊(duì)列中昂羡，則創(chuàng)建新的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)

? ? else if (!addWorker(command, false))

? ? ? ? reject(command);

}

execute()執(zhí)行過(guò)程：

execute方法執(zhí)行邏輯有這樣幾種情況：

(1)如果當(dāng)前運(yùn)行的線程少于corePoolSize，則會(huì)創(chuàng)建新的線程來(lái)執(zhí)行新的任務(wù)摔踱，即使線程池中的其他線程是空閑的虐先；

(2)如果運(yùn)行的線程個(gè)數(shù)等于或者大于corePoolSize且小于maximumPoolSize，則會(huì)將提交的任務(wù)存放到阻塞隊(duì)列workQueue中派敷；

(3)如果當(dāng)前workQueue隊(duì)列已滿的話蛹批，則會(huì)創(chuàng)建新的線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)；

(4)如果線程個(gè)數(shù)已經(jīng)超過(guò)了maximumPoolSize篮愉，則會(huì)使用飽和策略RejectedExecutionHandler來(lái)進(jìn)行處理增量的任務(wù)腐芍。

線程池的關(guān)閉

關(guān)閉線程池，可以通過(guò)shutdown和shutdownNow這兩個(gè)方法试躏。 它們的原理都是遍歷線程池中所有的線程猪勇，然后依次中斷線程。 shutdown和shutdownNow還是有不一樣的地方：

shutdownNow首先將線程池的狀態(tài)設(shè)置為STOP,然后嘗試停止所有的正在執(zhí)行和未執(zhí)行任務(wù)的線程颠蕴，并返回等待執(zhí)行任務(wù)的列表

shutdown只是將線程池的狀態(tài)設(shè)置為SHUTDOWN狀態(tài)泣刹，然后中斷所有沒(méi)有正在執(zhí)行任務(wù)的線程

可以看出shutdown方法會(huì)將正在執(zhí)行的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行完助析，而shutdownNow會(huì)直接中斷正在執(zhí)行的任務(wù)。 調(diào)用了這兩個(gè)方法的任意一個(gè)椅您，isShutdown方法都會(huì)返回true外冀， 當(dāng)所有的線程都關(guān)閉成功，才表示線程池成功關(guān)閉掀泳，這時(shí)調(diào)用isTerminated方法才會(huì)返回true雪隧。

如何合理配置線程池參數(shù)

要想合理的配置線程池，就必須首先分析任務(wù)特性员舵，可以從以下幾個(gè)角度來(lái)進(jìn)行分析：

任務(wù)的性質(zhì)：CPU密集型任務(wù)膀跌，IO密集型任務(wù)和混合型任務(wù)。

任務(wù)的優(yōu)先級(jí)：高固灵，中和低捅伤。

任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間：長(zhǎng)，中和短巫玻。

任務(wù)的依賴性：是否依賴其他系統(tǒng)資源丛忆，如數(shù)據(jù)庫(kù)連接。

CPU密集型任務(wù)配置盡可能少的線程數(shù)量仍秤，如配置(N cpu)+1個(gè)線程的線程池熄诡。

IO密集型任務(wù)則由于需要等待IO操作，線程并不是一直在執(zhí)行任務(wù)诗力，則配置盡可能多的線程凰浮，如2 * (N cpu)。

混合型的任務(wù)苇本，如果可以拆分袜茧，則將其拆分成一個(gè)CPU密集型任務(wù)和一個(gè)IO密集型任務(wù)，只要這兩個(gè)任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間相差不是太大瓣窄，那么分解后執(zhí)行的吞吐率要高于串行執(zhí)行的吞吐率笛厦，如果這兩個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間相差太大，則沒(méi)必要進(jìn)行分解俺夕。

我們可以通過(guò)Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法獲得當(dāng)前設(shè)備的CPU個(gè)數(shù)裳凸。

優(yōu)先級(jí)不同的任務(wù)可以使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列PriorityBlockingQueue來(lái)處理。它可以讓優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)先得到執(zhí)行劝贸，需要注意的是如果一直有優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)提交到隊(duì)列里姨谷，那么優(yōu)先級(jí)低的任務(wù)可能永遠(yuǎn)不能執(zhí)行。

執(zhí)行時(shí)間不同的任務(wù)可以交給不同規(guī)模的線程池來(lái)處理映九，或者也可以使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列梦湘，讓執(zhí)行時(shí)間短的任務(wù)先執(zhí)行。

依賴數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的任務(wù)，因?yàn)榫€程提交SQL后需要等待數(shù)據(jù)庫(kù)返回結(jié)果践叠，如果等待的時(shí)間越長(zhǎng)CPU空閑時(shí)間就越長(zhǎng)言缤，那么線程數(shù)應(yīng)該設(shè)置越大，這樣才能更好的利用CPU禁灼。

阻塞隊(duì)列最好是使用有界隊(duì)列管挟，如果采用無(wú)界隊(duì)列的話，一旦任務(wù)積壓在阻塞隊(duì)列中的話就會(huì)占用過(guò)多的內(nèi)存資源弄捕，甚至?xí)沟孟到y(tǒng)崩潰僻孝。

ScheduledThreadPoolExecutor

ScheduledThreadPoolExecutor繼承了ThreadPoolExecutor類， 因此守谓，整體上功能一致穿铆，線程池主要負(fù)責(zé)創(chuàng)建線程（Worker類）， 線程從阻塞隊(duì)列中不斷獲取新的異步任務(wù)斋荞，直到阻塞隊(duì)列中已經(jīng)沒(méi)有了異步任務(wù)為止荞雏。 但是相較于ThreadPoolExecutor來(lái)說(shuō)，ScheduledThreadPoolExecutor 具有延時(shí)執(zhí)行任務(wù)和周期性執(zhí)行任務(wù)的特性平酿， ScheduledThreadPoolExecutor重新設(shè)計(jì)了任務(wù)類ScheduleFutureTask,?ScheduleFutureTask重寫了run方法使其具有可延時(shí)執(zhí)行和可周期性執(zhí)行任務(wù)的特性凤优。 另外，阻塞隊(duì)列DelayedWorkQueue是可根據(jù)優(yōu)先級(jí)排序的隊(duì)列蜈彼，采用了堆的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)筑辨， 使得與當(dāng)前時(shí)間相比，將待執(zhí)行時(shí)間越靠近的任務(wù)放置到隊(duì)頭幸逆，以便線程能夠獲取到任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行

線程池?zé)o論是ThreadPoolExecutor還是ScheduledThreadPoolExecutor棍辕， 在設(shè)計(jì)時(shí)的三個(gè)關(guān)鍵要素是：任務(wù)、執(zhí)行者以及任務(wù)結(jié)果还绘。 它們的設(shè)計(jì)思想也是完全將這三個(gè)關(guān)鍵要素進(jìn)行了解耦楚昭。

執(zhí)行者

任務(wù)的執(zhí)行機(jī)制，完全交由Worker類蚕甥，也就是進(jìn)一步了封裝了Thread哪替。 向線程池提交任務(wù)，無(wú)論為ThreadPoolExecutor的execute方法和submit方法菇怀， 還是ScheduledThreadPoolExecutor的schedule方法，都是先將任務(wù)移入到阻塞隊(duì)列中晌块， 然后通過(guò)addWork方法新建了Work類爱沟，并通過(guò)runWorker方法啟動(dòng)線程，并 不斷的從阻塞對(duì)列中獲取異步任務(wù)執(zhí)行交給Worker執(zhí)行匆背，直至阻塞隊(duì)列中無(wú)法取到任務(wù)為止呼伸。

任務(wù)

在ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor中任務(wù)是指實(shí)現(xiàn)了Runnable接口和Callable接口的實(shí)現(xiàn)類。 ThreadPoolExecutor中會(huì)將任務(wù)轉(zhuǎn)換成FutureTask類， 而在ScheduledThreadPoolExecutor中為了實(shí)現(xiàn)可延時(shí)執(zhí)行任務(wù)和周期性執(zhí)行任務(wù)的特性括享， 任務(wù)會(huì)被轉(zhuǎn)換成ScheduledFutureTask類搂根，該類繼承了FutureTask，并重寫了run方法铃辖。

任務(wù)結(jié)果

在ThreadPoolExecutor中提交任務(wù)后剩愧，獲取任務(wù)結(jié)果可以通過(guò)Future接口的類， 在ThreadPoolExecutor中實(shí)際上為FutureTask類娇斩， 而在ScheduledThreadPoolExecutor中則是ScheduledFutureTask類

線程池的狀態(tài)

線程池的狀態(tài)有：

RUNNING：能接受新提交的任務(wù)仁卷，并且也能夠處理阻塞隊(duì)列中的任務(wù)；

SHUTDOWN：不再接受新提交的任務(wù)犬第，但是可以處理存量任務(wù)（即阻塞隊(duì)列中的任務(wù)）锦积；

STOP：不再接受新提交的任務(wù)，也不處理存量任務(wù)歉嗓；

TIDYING：所有任務(wù)都已終止丰介；

TERMINATED：默認(rèn)是什么也不做的，只是作為一個(gè)標(biāo)識(shí)鉴分。

狀態(tài)轉(zhuǎn)移如下圖所示：

工作線程的生命周期：