線程池實例：使用Executors和ThreadPoolExecutor

線程池負責管理工作線程，包含一個等待執行的任務隊列。線程池的任務隊列是一個Runnable集合，工作線程負責從任務隊列中取出並執行Runnable對象。
1.創建固定大小的線程池
java.util.concurrent.executors 提供了 java.util.concurrent.executor 接口的一個Java實現，可以創建線程池。下面是一個簡單示例：
首先創建一個Runable 類：


package com.journaldev.threadpool;

public class WorkerThread implements Runnable {

    private String command;

    public WorkerThread(String s){
        this.command=s;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" Start. Command = "+command);
        processCommand();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" End.");
    }

    private void processCommand() {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public String toString(){
        return this.command;
    }
}

下面是一個測試程序，從 Executors 框架中創建固定大小的線程池：


package com.journaldev.threadpool;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class SimpleThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Runnable worker = new WorkerThread("" + i);
            executor.execute(worker);
          }
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }

}

在上面的程序中，我們創建了包含5個工作線程的固定大小線程池。然後，我們向線程池提交10個任務。由於線程池的大小是5，因此首先會啓動5個工作線程，其他任務將進行等待。一旦有任務結束，工作線程會從等待隊列中挑選下一個任務並開始執行。
以上程序的輸出結果如下：


pool-1-thread-2 Start. Command = 1
pool-1-thread-4 Start. Command = 3
pool-1-thread-1 Start. Command = 0
pool-1-thread-3 Start. Command = 2
pool-1-thread-5 Start. Command = 4
pool-1-thread-4 End.
pool-1-thread-5 End.
pool-1-thread-1 End.
pool-1-thread-3 End.
pool-1-thread-3 Start. Command = 8
pool-1-thread-2 End.
pool-1-thread-2 Start. Command = 9
pool-1-thread-1 Start. Command = 7
pool-1-thread-5 Start. Command = 6
pool-1-thread-4 Start. Command = 5
pool-1-thread-2 End.
pool-1-thread-4 End.
pool-1-thread-3 End.
pool-1-thread-5 End.
pool-1-thread-1 End.
Finished all threads

從輸出結果看，線程池中有五個名爲“pool-1-thread-1”…“pool-1-thread-5”的工作線程負責執行提交的任務。

2.Executors 類使用 ExecutorService 提供了一個 ThreadPoolExecutor 的簡單實現，但 ThreadPoolExecutor 提供的功能遠不止這些。
線程池類爲 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，常用構造方法爲：

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,
long keepAliveTime, TimeUnit unit,
BlockingQueue workQueue,
RejectedExecutionHandler handler)
corePoolSize：線程池維護線程的最少數量
maximumPoolSize：線程池維護線程的最大數量
keepAliveTime：線程池維護線程所允許的空閒時間
unit：線程池維護線程所允許的空閒時間的單位
workQueue：線程池所使用的緩衝隊列
handler：線程池對拒絕任務的處理策略

當一個任務通過execute(Runnable)方法欲添加到線程池時：
1）當池子大小小於corePoolSize就新建線程，並處理請求

2）當池子大小等於corePoolSize，把請求放入workQueue中，池子裏的空閒線程就去從workQueue中取任務並處理

3）當workQueue放不下新入的任務時，新建線程入池，並處理請求，如果池子大小撐到了maximumPoolSize就用RejectedExecutionHandler來做拒絕處理

4）另外，當池子的線程數大於corePoolSize的時候，多餘的線程會等待keepAliveTime長的時間，如果無請求可處理就自行銷燬
處理任務的優先級爲：核心線程corePoolSize、任務隊列workQueue、最大線程maximumPoolSize

下面是一個 RejectedExecutionHandler 接口的自定義實現：


package com.journaldev.threadpool;

import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

public class RejectedExecutionHandlerImpl implements RejectedExecutionHandler {

    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
        System.out.println(r.toString() + " is rejected");
    }

}

ThreadPoolExecutor 提供了一些方法，可以查看執行狀態、線程池大小、活動線程數和任務數。所以，通過一個監視線程在固定間隔輸出執行信息。


package com.journaldev.threadpool;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

public class MyMonitorThread implements Runnable
{
    private ThreadPoolExecutor executor;

    private int seconds;

    private boolean run=true;

    public MyMonitorThread(ThreadPoolExecutor executor, int delay)
    {
        this.executor = executor;
        this.seconds=delay;
    }

    public void shutdown(){
        this.run=false;
    }

    @Override
    public void run()
    {
        while(run){
                System.out.println(
                    String.format("[monitor] [%d/%d] Active: %d, Completed: %d, Task: %d, isShutdown: %s, isTerminated: %s",
                        this.executor.getPoolSize(),
                        this.executor.getCorePoolSize(),
                        this.executor.getActiveCount(),
                        this.executor.getCompletedTaskCount(),
                        this.executor.getTaskCount(),
                        this.executor.isShutdown(),
                        this.executor.isTerminated()));
                try {
                    Thread.sleep(seconds*1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
        }

    }
}

下面是使用 ThreadPoolExecutor 的線程池實現示例：


package com.journaldev.threadpool;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class WorkerPool {

    public static void main(String args[]) throws InterruptedException{
        //RejectedExecutionHandler implementation
        RejectedExecutionHandlerImpl rejectionHandler = new RejectedExecutionHandlerImpl();
        //Get the ThreadFactory implementation to use
        ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();
        //creating the ThreadPoolExecutor
        ThreadPoolExecutor executorPool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 10, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2), threadFactory, rejectionHandler);
        //start the monitoring thread
        MyMonitorThread monitor = new MyMonitorThread(executorPool, 3);
        Thread monitorThread = new Thread(monitor);
        monitorThread.start();
        //submit work to the thread pool
        for(int i=0; i<10; i++){
            executorPool.execute(new WorkerThread("cmd"+i));
        }

        Thread.sleep(30000);
        //shut down the pool
        executorPool.shutdown();
        //shut down the monitor thread
        Thread.sleep(5000);
        monitor.shutdown();

    }
}

在初始化 ThreadPoolExecutor 時，初始線程池大小設爲2、最大值設爲4、工作隊列大小設爲2。所以，如果當前有4個任務正在運行而此時又有新任務提交，工作隊列將只存儲2個任務和其他任務將交由RejectedExecutionHandlerImpl 處理。
輸出如下：


pool-1-thread-1 Start. Command = cmd0
pool-1-thread-4 Start. Command = cmd5
cmd6 is rejected
pool-1-thread-3 Start. Command = cmd4
pool-1-thread-2 Start. Command = cmd1
cmd7 is rejected
cmd8 is rejected
cmd9 is rejected
[monitor] [0/2] Active: 4, Completed: 0, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [4/2] Active: 4, Completed: 0, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
pool-1-thread-4 End.
pool-1-thread-1 End.
pool-1-thread-2 End.
pool-1-thread-3 End.
pool-1-thread-1 Start. Command = cmd3
pool-1-thread-4 Start. Command = cmd2
[monitor] [4/2] Active: 2, Completed: 4, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [4/2] Active: 2, Completed: 4, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
pool-1-thread-1 End.
pool-1-thread-4 End.
[monitor] [4/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [0/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: true, isTerminated: true
[monitor] [0/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: true, isTerminated: true

請注意活躍線程、已完成線程和任務完成總數的變化。我們可以調用 shutdown() 結束所有已提交任務並終止線程池。

排隊有三種通用策略：

直接提交。工作隊列的默認選項是 SynchronousQueue，它將任務直接提交給線程而不保持它們。在此，如果不存在可用於立即運行任務的線程，則試圖把任務加入隊列將失敗，因此會構造一個新的線程。此策略可以避免在處理可能具有內部依賴性的請求集合時出現鎖定。直接提交通常要求無界 maximumPoolSizes 以避免拒絕新提交的任務。當命令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時，此策略允許無界線程具有增長的可能性。

無界隊列。使用無界隊列（例如，不具有預定義容量的 LinkedBlockingQueue）將導致在所有 corePoolSize 線程都忙的情況下將新任務加入隊列。這樣，創建的線程就不會超過 corePoolSize。（因此，maximumPoolSize 的值也就無效了。）當每個任務完全獨立於其他任務，即任務執行互不影響時，適合於使用無界隊列；例如，在 Web 頁服務器中。這種排隊可用於處理瞬態突發請求，當命令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時，此策略允許無界線程具有增長的可能性。

有界隊列。當使用有限的 maximumPoolSizes 時，有界隊列（如 ArrayBlockingQueue）有助於防止資源耗盡，但是可能較難調整和控制。隊列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型隊列和小型池可以最大限度地降低CPU 使用率、操作系統資源和上下文切換開銷，但是可能導致人工降低吞吐量。如果任務頻繁阻塞（例如，如果它們是 I/O 邊界），則系統可能爲超過您許可的更多線程安排時間。使用小型隊列通常要求較大的池大小，CPU 使用率較高，但是可能遇到不可接受的調度開銷，這樣也會降低吞吐量。

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