Java线程池

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本文大部分内容转自http://www.cnblogs.com/yydcdut/p/3890893.html

1.Java线程池基本原理

线程池基本原理是：系统先启动若干数量的线程，并让这些线程处于睡眠状态，当有新任务时，就会唤醒线程池中的某一个睡眠线程，让它来处理这个任务。当处理完这个任务后，线程又处于睡眠状态。

Java 中，线程池的主要组成部分是工作者线程，这种类型的线程独立于它执行的Runnable和Callable任务存在，并且经常用于执行多个任务。

工作者线程和普通线程不同之处在于run方法的不同。普通线程在完成线程应该执行的代码后，自然退出，线程结束，Java虚拟机回收分配给线程的资源，线程对象被垃圾回收期收回。而构成线程池的工作者线程是可重用线程，它的run方法执行完某一任务的特定代码后，使自己进入睡眠状态而不是结束线程。

2.线程池的作用

线程池作用就是限制系统中执行线程的数量。
根据系统的环境情况，可以自动或手动设置线程数量，达到运行的最佳效果；少了浪费了系统资源，多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量，其他线程排队等候。一个任务执行完毕，再从队列的中取最前面的任务开始执行。若队列中没有等待进程，线程池的这一资源处于等待。当一个新任务需要运行时，如果线程池中有等待的工作线程，就可以开始运行了；否则进入等待队列。

3.为什么要用线程

①减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。
②可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

4.Concurrent包中几个重要的类

Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

比较重要的几个类：

ThreadPoolExecutor详解

hreadPoolExecutor的完整构造方法的签名是：
ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) .
参数解释：

corePoolSize - 池中所保存的线程数，包括空闲线程。
maximumPoolSize-池中允许的最大线程数。
keepAliveTime - 当线程数大于核心时，此为终止前多余的空闲线程等待新任务的最长时间。
unit - keepAliveTime 参数的时间单位。
workQueue - 执行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由 execute方法提交的 Runnable任务。
threadFactory - 执行程序创建新线程时使用的工厂。
handler - 由于超出线程范围和队列容量而使执行被阻塞时所使用的处理程序。
ThreadPoolExecutor是Executors类的底层实现。


在JDK帮助文档中，有如此一段话：
“强烈建议程序员使用较为方便的Executors工厂方法Executors.newCachedThreadPool()（无界线程池，可以进行自动线程回收）、Executors.newFixedThreadPool(int)（固定大小线程池）Executors.newSingleThreadExecutor()（单个后台线程），它们均为大多数使用场景预定义了设置。”

下面介绍几个类的源码：

ExecutorService newFixedThreadPool (int nThreads):固定大小线程池

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

可以看到，corePoolSize和maximumPoolSize的大小是一样的（实际上，后面会介绍，如果使用无界queue的话maximumPoolSize参数是没有意义的），keepAliveTime和unit的设值表名什么？——就是该实现不想keep alive！最后的BlockingQueue选择了LinkedBlockingQueue，该LinkedBlockingQueue有一个特点，它是无界的。

ExecutorService newSingleThreadExecutor()：单线程

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

ExecutorService newCachedThreadPool()：无界线程池，可以进行自动线程回收

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

先从BlockingQueue<Runnable> workQueue这个入参开始说起。在JDK中，其实已经说得很清楚了，一共有三种类型的queue。
所有BlockingQueue 都可用于传输和保持提交的任务。可以使用此队列与池大小进行交互：
如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor始终首选添加新的线程，而不进行排队。（如果当前运行的线程小于corePoolSize，则任务根本不会存放，添加到queue中，而是直接抄家伙（thread）开始运行）
如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。
如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。

queue的三种类型

排队有三种通用策略：
直接提交
工作队列的默认选项是 SynchronousQueue，它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此，如果不存在可用于立即运行任务的线程，则试图把任务加入队列将失败，因此会构造一个新的线程。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性。

无界队列
使用无界队列（例如，不具有预定义容量的 LinkedBlockingQueue）将导致在所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程就不会超过 corePoolSize。（因此，maximumPoolSize的值也就无效了。）当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用无界队列；例如，在 Web页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求，当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性。

有界队列
当使用有限的 maximumPoolSizes时，有界队列（如 ArrayBlockingQueue）有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。如果任务频繁阻塞（例如，如果它们是 I/O边界），则系统可能为超过您许可的更多线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小，CPU使用率较高，但是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量。

BlockingQueue的选择 

①使用直接提交策略，也即SynchronousQueue
首先SynchronousQueue是无界的，也就是说他存数任务的能力是没有限制的，但是由于该Queue本身的特性，在某次添加元素后必须等待其他线程取走后才能继续添加。在这里不是核心线程便是新创建的线程，但是我们试想一样下，下面的场景。
我们使用一下参数构造ThreadPoolExecutor：

new ThreadPoolExecutor(   
                 2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,    
                 new  SynchronousQueue<Runnable>(),    
                new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),    
            new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

②使用无界队列策略，即LinkedBlockingQueue
这个是最为复杂的使用，所以JDK不推荐使用也有些道理。与上面的相比，最大的特点便是可以防止资源耗尽的情况发生。
举例来说，请看如下构造方法：

new ThreadPoolExecutor(
    2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,
    new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),
    new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

keepAliveTime

jdk中的解释是：当线程数大于核心时，此为终止前多余的空闲线程等待新任务的最长时间。
有点拗口，其实这个不难理解，在使用了“池”的应用中，大多都有类似的参数需要配置。比如数据库连接池，DBCP中的maxIdle，minIdle参数。
什么意思？接着上面的解释，后来向老板派来的工人始终是“借来的”，俗话说“有借就有还”，但这里的问题就是什么时候还了，如果借来的工人刚完成一个任务就还回去，后来发现任务还有，那岂不是又要去借？这一来一往，老板肯定头也大死了。
合理的策略：既然借了，那就多借一会儿。直到“某一段”时间后，发现再也用不到这些工人时，便可以还回去了。这里的某一段时间便是keepAliveTime的含义，TimeUnit为keepAliveTime值的度量。

RejectedExecutionHandler

另一种情况便是，即使向老板借了工人，但是任务还是继续过来，还是忙不过来，这时整个队伍只好拒绝接受了。
RejectedExecutionHandler接口提供了对于拒绝任务的处理的自定方法的机会。在ThreadPoolExecutor中已经默认包含了4中策略，因为源码非常简单，这里直接贴出来。

① CallerRunsPolicy：线程调用运行该任务的 execute 本身。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。

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
           if (!e.isShutdown()) {
               r.run();
           }
       }

② AbortPolicy：处理程序遭到拒绝将抛出运行时RejectedExecutionException

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
           throw new RejectedExecutionException();
       }

③ DiscardPolicy：不能执行的任务将被删除

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
       }

④ DiscardOldestPolicy：如果执行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的任务将被删除，然后重试执行程序（如果再次失败，则重复此过程）

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
           if (!e.isShutdown()) {
               e.getQueue().poll();
               e.execute(r);
           }
       }

设想:如果其他线程都还在运行，那么新来任务踢掉旧任务，缓存在queue中，再来一个任务又会踢掉queue中最老任务。

小结

keepAliveTime和maximumPoolSize及BlockingQueue的类型均有关系。如果BlockingQueue是无界的，那么永远不会触发maximumPoolSize，自然keepAliveTime也就没有了意义。
反之，如果核心数较小，有界BlockingQueue数值又较小，同时keepAliveTime又设的很小，如果任务频繁，那么系统就会频繁的申请回收线程。

5.Java线程池用法示例

①newSingleThreadExecutor

MyThread.java

public class MyThread extends Thread {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行。。。");
	}
}

public class TestSingleThreadExecutor {

	public static void main(String[] args) {
		// 创建一个可重用固定线程数的线程池
		ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
		// 创建实现了Runnable接口的对象
		Thread t1 = new MyThread();
		Thread t2 = new MyThread();
		Thread t3 = new MyThread();
		Thread t4 = new MyThread();
		Thread t5 = new MyThread();
		// 将线程放入池中执行
		pool.execute(t1);
		pool.execute(t2);
		pool.execute(t3);
		pool.execute(t4);
		pool.execute(t5);
		// 关闭线程池
		pool.shutdown();
	}
}

pool-1-thread-1正在执行。。。
pool-1-thread-1正在执行。。。
pool-1-thread-1正在执行。。。
pool-1-thread-1正在执行。。。
pool-1-thread-1正在执行。。。

public class TestFixedThreadPool {

	public static void main(String[] args) {
		// 创建一个可重用固定线程数的线程池
		ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
		// 创建实现了Runnable接口的对象
		Thread t1 = new MyThread();
		Thread t2 = new MyThread();
		Thread t3 = new MyThread();
		Thread t4 = new MyThread();
		Thread t5 = new MyThread();
		// 将线程放入池中执行
		pool.execute(t1);
		pool.execute(t2);
		pool.execute(t3);
		pool.execute(t4);
		pool.execute(t5);
		// 关闭线程池
		pool.shutdown();
	}
}

pool-1-thread-2正在执行。。。
pool-1-thread-4正在执行。。。
pool-1-thread-1正在执行。。。
pool-1-thread-3正在执行。。。
pool-1-thread-5正在执行。。。

TestCachedThreadPool.java

public class TestCachedThreadPool {

	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
		// 创建实现了Runnable接口的对象
		Thread t1 = new MyThread();
		Thread t2 = new MyThread();
		Thread t3 = new MyThread();
		Thread t4 = new MyThread();
		Thread t5 = new MyThread();
		// 将线程放入池中执行
		pool.execute(t1);
		pool.execute(t2);
		pool.execute(t3);
		pool.execute(t4);
		pool.execute(t5);
		// 关闭线程池
		pool.shutdown();
	}
}

pool-1-thread-2正在执行。。。
pool-1-thread-4正在执行。。。
pool-1-thread-5正在执行。。。
pool-1-thread-1正在执行。。。
pool-1-thread-3正在执行。。。

TestScheduledThreadPoolExecutor.java

public class TestScheduledThreadPoolExecutor {

	public static void main(String[] args) {
		ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(10);
		exec.scheduleAtFixedRate(new MyThread(), 0, 10, TimeUnit.MILLISECONDS);
	}
}

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原文地址：http://blog.csdn.net/huhui_cs/article/details/38538323