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wzjs 2025/8/16 13:33:41

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线程池

在编程中经常会使用线程来异步处理任务，但是每个线程的创建和销毁都需要一定的开销。如果每次执行一个任务都需要开一个新线程去执行，则这些线程的创建和销毁将消耗大量的资源。并且线程都是“各自为政”，很难对其进行控制，更何况有一堆的线程在执行。这时就需要线程池来对线程进行管理。在Java1.5中提供了Executor框架用于把任务的提交和执行解耦，任务的提交交给Runnable或者Callable，而Executor框框用来处理任务。Executor框架中最核心的成员就是ThreadPoolExecutor，它是线程池的核心实现类。

ThreadPoolExecutor

可以通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池，ThreadPoolExecutor类一共有四个构造方法。其中拥有最多参数的构造方法如下：

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

corePoolSize：核心线程数。默认情况下线程池是空的，只有任务提交时才会创建线程。如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建新线程来处理任务；如果等于或者多于corePoolSize，则不再创建。如果调用线程池的prestartAllcoreThread方法，线程池会提前创建并启动所有的核心线程来等待任务。
maximumPoolSize：线程池允许创建的最大线程数。如果任务队列满了并且线程数小于maximumPoolSize时，则线程池仍旧会创建新的线程来处理任务。
keepAliveTime：非核心线程闲置的超时时间。超过这个时间则回收。如果任务很多，并且每个任务的执行时间很短，则可以调大keepAliveTime来提高线程的利用率。另外设置allowCoreThreadTimeOut属性为true时，keepAliveTime也会应用到核心线程上。
unit：keepAliveTime参数的时间单位。
workQueue：任务队列。如果当前线程数大于corePoolSize，则将任务添加到此任务队列中。该任务队列是BlockingQueue类型的，也就是阻塞队列。
threadFactory：线程工厂。可以用线程工厂给每个创建出来的线程设置名称。
handler：饱和策略。这是当任务队列和线程池都满了时所采用的应对策略。有4种策略。分别如下：
- AbordPolicy ：默认策略。表示无法处理新任务，并抛出RejectExecutionException异常；
- CallerRunsPolicy：调用者所在的线程来处理任务。此策略提供简单的反馈控制机制，能够减缓新任务的提交速度。
- DiscardPolicy：不能执行的任务，并将该任务删除。
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列旧的任务，然后尝试重新提交当前任务。

线程池处理流程

当向线程池提交一个新任务时，线程池的处理流程如下：

线程池的处理流程主要分为3个步骤：

提交任务后，线程池先判断线程数是否达到核心线程数。如果未达到核心线程数，则创建核心线程处理任务；否则就执行下一步操作。
接着线程池判断任务队列是否满了。如果没满，则将任务添加到任务列队中；否则就执行下一步操作。
接着因任务队列满了，线程池就判断线程数是否达到最大线程数。如果未达到，则创建非核新线程处理任务；否则就执行饱和策略。

线程池的种类

通过直接或间接地配置ThreadPoolExecutor的参数可以创建不同类型的ThreadPoolExecutor，其中有4种线程池比较常用，它们分别是FixedThreadPoool、CachedThreadPool、SingleThreadExecutor和ScheduleThreadPool。

FixedThreadPool

FixedThreadPool是可重用固定线程数的线程池。在Executors类中提供了创建FixedThreadPool的方法，如下所示：

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

FixedThreadPool的corePoolSize和maximumPoolSize都设置为指定参数nThreads，也就意味着FixedThreadPool只有核心线程，并且数量是固定的，没有非核心线程。keepAliveTime设置为0L意味着多余的线程会被立即终止。因为不会产生多余的线程，所以keepAliveTime是无效的参数。任务队列采用了无界的阻塞队列LinkedBlockingQueue。

CacheThreadPool

CachedThreadPool是一个根据需要创建线程的线程池，创建CachedThreadPool的代码如下：

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

CachedThreadPool的corePoolSize为0，maximumPoolSize设置为Integer.MAX_VALUE，这意味着CachedThreadPool没有核心线程，非核心线程是无界的。keepAliveTime设置为60L，则空闲线程等待新任务的最长时间为60s。在此用了阻塞队列SynchronousQueue，它是一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等待另一个线程的移除操作，同样任务一个移除操作都等待另一个线程的插入操作。

当执行executor方法时，首先会执行SynchronousQueue的offer方法来提交任务，并且查询线程池中是否有空闲的线程执行SynchronousQueue的poll方法来移除任务。如果有则配对成功，将任务交给这个空闲的线程处理；如果没有则配对失败，创建新的线程去处理任务。当线程池中的线程空闲时，它会执行SynchronousQueue的poll方法，等待SynchronousQueue中新提交的任务。如果超过60s没有新任务提交到SynchronousQueue，则这个空闲线程将终止。因为maximumPoolSize是无界的，所以如果提交的任务大于线程池处理任务的速度就会不断地创建新线程。另外，每次提交任务都会立即有线程去处理。所以，CachedThreadPool比较适于大量的需要立即处理并且耗时较少的任务。

SingleThreadExecutor

SingleThreadExecutor使用单个工作线程的线程池，其创建代码如下：

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

corePoolSize和maximumPoolSize都为1，意味着SingleThreadExecutor只有一个核心线程，其他的参数都是FixThreadPool一样。

ScheduleThreadPool

ScheduledThreadPool是一个能实现定时喝周期信任务的线程池。它的创建代码如下：

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

这里创建了ScheduledThreadPoolExecutor，ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor，它主要用于给定延时之后的运行任务或定期处理任务。ScheduledThreadPoolExecutor的构造方法如下：

    public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,new DelayedWorkQueue());}

ScheduledThreadPoolExecutor的构造方法最总调用的是ThreadPoolExecutor的构造方法。corePoolSize是传进来的固定值。maximumPoolSize的值是Integer.MAX_VALUE。因为采用的DelayedWorkQueue是无界的，所以maximumPoolSize这个参数是无效的。当执行ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate或者scheduleWithFixedDelay方法时，会向DelayedWorkQueue添加一个实现RunnableSchedduleFuture接口的ScheduledFutureTask（任务的包装类），并会检查运行的线程是否达到corePoolSize。如果没有则会新建线程并启动它，但并不是立即去执行任务，而是去DelayedWorkQueue中取ScheduledFutureTask，然后去执行任务。如果运行的线程达到了corePoolSize时，则将任务添加到DelayedWorkQueue中。DelayedWorkQueue会将任务进行排序，先要执行的任务放在队列的前面。跟其他线程池不同的是，当执行完任务后，会将ScheduledFutureTask中的time变量改为下次要执行的时间并放回到DelayedWorkQueue中。

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