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1.Java線程池基本原理
線程池基本原理是：系統先啓動若干數量的線程，並讓這些線程處於睡眠狀態，當有新任務時，就會喚醒線程池中的某一個睡眠線程，讓它來處理這個任務。當處理完這個任務後，線程又處於睡眠狀態。
Java 中，線程池的主要組成部分是工作者線程，這種類型的線程獨立於它執行的Runnable和Callable任務存在，並且經常用於執行多個任務。
工作者線程和普通線程不同之處在於run方法的不同。普通線程在完成線程應該執行的代碼後，自然退出，線程結束，Java虛擬機回收分配給線程的資源，線程對象被垃圾回收期收回。而構成線程池的工作者線程是可重用線程，它的run方法執行完某一任務的特定代碼後，使自己進入睡眠狀態而不是結束線程。
2.線程池的作用
線程池作用就是限制系統中執行線程的數量。
根據系統的環境情況，可以自動或手動設置線程數量，達到運行的最佳效果；少了浪費了系統資源，多了造成系統擁擠效率不高。用線程池控制線程數量，其他線程排隊等候。一個任務執行完畢，再從隊列的中取最前面的任務開始執行。若隊列中沒有等待進程，線程池的這一資源處於等待。當一個新任務需要運行時，如果線程池中有等待的工作線程，就可以開始運行了；否則進入等待隊列。
3.爲什麼要用線程
①減少了創建和銷燬線程的次數，每個工作線程都可以被重複利用，可執行多個任務。
②可以根據系統的承受能力，調整線程池中工作線線程的數目，防止因爲消耗過多的內存，而把服務器累趴下(每個線程需要大約1MB內存，線程開的越多，消耗的內存也就越大，最後死機)。
4.Concurrent包中幾個重要的類
Java裏面線程池的頂級接口是Executor，但是嚴格意義上講Executor並不是一個線程池，而只是一個執行線程的工具。真正的線程池接口是ExecutorService。
比較重要的幾個類：
| ExecutorService | 真正的線程池接口 |
| ScheduledExecutorService | 和Timer/TimerTask類似，解決那些需要任務重複執行的問題 |
| ThreadPoolExecutor | ExecutorService的默認實現 |
| ScheduledThreadPoolExecutor | 繼承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口實現，週期性任務調度的類實現 |
ThreadPoolExecutor詳解
hreadPoolExecutor的完整構造方法的簽名是：
ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) .
參數解釋：
corePoolSize - 池中所保存的線程數，包括空閒線程。
maximumPoolSize-池中允許的最大線程數。
keepAliveTime - 當線程數大於核心時，此爲終止前多餘的空閒線程等待新任務的最長時間。
unit - keepAliveTime 參數的時間單位。
workQueue - 執行前用於保持任務的隊列。此隊列僅保持由 execute方法提交的 Runnable任務。
threadFactory - 執行程序創建新線程時使用的工廠。
handler - 由於超出線程範圍和隊列容量而使執行被阻塞時所使用的處理程序。
ThreadPoolExecutor是Executors類的底層實現。
在JDK幫助文檔中，有如此一段話：
“強烈建議程序員使用較爲方便的Executors工廠方法Executors.newCachedThreadPool()（無界線程池，可以進行自動線程回收）、Executors.newFixedThreadPool(int)（固定大小線程池）Executors.newSingleThreadExecutor()（單個後臺線程），它們均爲大多數使用場景預定義了設置。”
下面介紹幾個類的源碼：
ExecutorService newFixedThreadPool (int nThreads):固定大小線程池
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}可以看到，corePoolSize和maximumPoolSize的大小是一樣的（實際上，後面會介紹，如果使用無界queue的話maximumPoolSize參數是沒有意義的），keepAliveTime和unit的設值表名什麼？——就是該實現不想keep alive！最後的BlockingQueue選擇了LinkedBlockingQueue，該LinkedBlockingQueue有一個特點，它是無界的。
ExecutorService newSingleThreadExecutor()：單線程
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}ExecutorService newCachedThreadPool()：無界線程池，可以進行自動線程回收
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}先從BlockingQueue<Runnable> workQueue這個入參開始說起。在JDK中，其實已經說得很清楚了，一共有三種類型的queue。
所有BlockingQueue 都可用於傳輸和保持提交的任務。可以使用此隊列與池大小進行交互：
如果運行的線程少於 corePoolSize，則 Executor始終首選添加新的線程，而不進行排隊。（如果當前運行的線程小於corePoolSize，則任務根本不會存放，添加到queue中，而是直接抄傢伙（thread）開始運行）
如果運行的線程等於或多於 corePoolSize，則 Executor始終首選將請求加入隊列，而不添加新的線程。
如果無法將請求加入隊列，則創建新的線程，除非創建此線程超出 maximumPoolSize，在這種情況下，任務將被拒絕。
queue的三種類型
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時出現鎖。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 線程都忙時新任務在隊列中等待。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。
BlockingQueue的選擇
①使用直接提交策略，也即SynchronousQueue
首先SynchronousQueue是無界的，也就是說他存數任務的能力是沒有限制的，但是由於該Queue本身的特性，在某次添加元素後必須等待其他線程取走後才能繼續添加。在這裏不是核心線程便是新創建的線程，但是我們試想一樣下，下面的場景。
我們使用一下參數構造ThreadPoolExecutor：
new ThreadPoolExecutor(
2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>(),
new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());1、此時繼續來了一個任務（A），根據前面介紹的“如果運行的線程等於或多於 corePoolSize，則 Executor始終首選將請求加入隊列，而不添加新的線程。”,所以A被添加到queue中。
2、又來了一個任務（B），且核心2個線程還沒有忙完，OK，接下來首先嚐試1中描述，但是由於使用的SynchronousQueue，所以一定無法加入進去。
3、此時便滿足了上面提到的“如果無法將請求加入隊列，則創建新的線程，除非創建此線程超出maximumPoolSize，在這種情況下，任務將被拒絕。”，所以必然會新建一個線程來運行這個任務。
4、暫時還可以，但是如果這三個任務都還沒完成，連續來了兩個任務，第一個添加入queue中，後一個呢？queue中無法插入，而線程數達到了maximumPoolSize，所以只好執行異常策略了。
所以在使用SynchronousQueue通常要求maximumPoolSize是無界的，這樣就可以避免上述情況發生（如果希望限制就直接使用有界隊列）。對於使用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部依賴性的請求集時出現鎖。
什麼意思？如果你的任務A1，A2有內部關聯，A1需要先運行，那麼先提交A1，再提交A2，當使用SynchronousQueue我們可以保證，A1必定先被執行，在A1麼有被執行前，A2不可能添加入queue中。
②使用無界隊列策略，即LinkedBlockingQueue
這個是最爲複雜的使用，所以JDK不推薦使用也有些道理。與上面的相比，最大的特點便是可以防止資源耗盡的情況發生。
舉例來說，請看如下構造方法：
new ThreadPoolExecutor(
2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),
new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());對於首先來的A,B來說直接運行，接下來，如果來了C,D，他們會被放到queue中，如果接下來再來E,F，則增加線程運行E，F。但是如果再來任務，隊列無法再接受了，線程數也到達最大的限制了，所以就會使用拒絕策略來處理。
keepAliveTime
jdk中的解釋是：當線程數大於核心時，此爲終止前多餘的空閒線程等待新任務的最長時間。
有點拗口，其實這個不難理解，在使用了“池”的應用中，大多都有類似的參數需要配置。比如數據庫連接池，DBCP中的maxIdle，minIdle參數。
什麼意思？接着上面的解釋，後來向老闆派來的工人始終是“借來的”，俗話說“有借就有還”，但這裏的問題就是什麼時候還了，如果借來的工人剛完成一個任務就還回去，後來發現任務還有，那豈不是又要去借？這一來一往，老闆肯定頭也大死了。
合理的策略：既然借了，那就多借一會兒。直到“某一段”時間後，發現再也用不到這些工人時，便可以還回去了。這裏的某一段時間便是keepAliveTime的含義，TimeUnit爲keepAliveTime值的度量。
RejectedExecutionHandler
另一種情況便是，即使向老闆借了工人，但是任務還是繼續過來，還是忙不過來，這時整個隊伍只好拒絕接受了。
RejectedExecutionHandler接口提供了對於拒絕任務的處理的自定方法的機會。在ThreadPoolExecutor中已經默認包含了4中策略，因爲源碼非常簡單，這裏直接貼出來。
① CallerRunsPolicy：線程調用運行該任務的 execute 本身。此策略提供簡單的反饋控制機制，能夠減緩新任務的提交速度。
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
if (!e.isShutdown()) {
r.run();
}
}② AbortPolicy：處理程序遭到拒絕將拋出運行時RejectedExecutionException
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
throw new RejectedExecutionException();
}③ DiscardPolicy：不能執行的任務將被刪除
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
}④ DiscardOldestPolicy：如果執行程序尚未關閉，則位於工作隊列頭部的任務將被刪除，然後重試執行程序（如果再次失敗，則重複此過程）
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
if (!e.isShutdown()) {
e.getQueue().poll();
e.execute(r);
}
}設想:如果其他線程都還在運行，那麼新來任務踢掉舊任務，緩存在queue中，再來一個任務又會踢掉queue中最老任務。
小結
keepAliveTime和maximumPoolSize及BlockingQueue的類型均有關係。如果BlockingQueue是無界的，那麼永遠不會觸發maximumPoolSize，自然keepAliveTime也就沒有了意義。
反之，如果核心數較小，有界BlockingQueue數值又較小，同時keepAliveTime又設的很小，如果任務頻繁，那麼系統就會頻繁的申請回收線程。
5.Java線程池用法示例
①newSingleThreadExecutor
MyThread.java
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在執行。。。");
}
}public class TestSingleThreadExecutor {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個可重用固定線程數的線程池
ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
// 創建實現了Runnable接口的對象
Thread t1 = new MyThread();
Thread t2 = new MyThread();
Thread t3 = new MyThread();
Thread t4 = new MyThread();
Thread t5 = new MyThread();
// 將線程放入池中執行
pool.execute(t1);
pool.execute(t2);
pool.execute(t3);
pool.execute(t4);
pool.execute(t5);
// 關閉線程池
pool.shutdown();
}
}pool-1-thread-1正在執行。。。
pool-1-thread-1正在執行。。。
pool-1-thread-1正在執行。。。
pool-1-thread-1正在執行。。。
pool-1-thread-1正在執行。。。
②newFixedThreadPool
TestFixedThreadPool.java
public class TestFixedThreadPool {
public static void main(String[] args) {
// 創建一個可重用固定線程數的線程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5);
// 創建實現了Runnable接口的對象
Thread t1 = new MyThread();
Thread t2 = new MyThread();
Thread t3 = new MyThread();
Thread t4 = new MyThread();
Thread t5 = new MyThread();
// 將線程放入池中執行
pool.execute(t1);
pool.execute(t2);
pool.execute(t3);
pool.execute(t4);
pool.execute(t5);
// 關閉線程池
pool.shutdown();
}
}pool-1-thread-2正在執行。。。
pool-1-thread-4正在執行。。。
pool-1-thread-1正在執行。。。
pool-1-thread-3正在執行。。。
pool-1-thread-5正在執行。。。
TestCachedThreadPool.java
public class TestCachedThreadPool {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
// 創建實現了Runnable接口的對象
Thread t1 = new MyThread();
Thread t2 = new MyThread();
Thread t3 = new MyThread();
Thread t4 = new MyThread();
Thread t5 = new MyThread();
// 將線程放入池中執行
pool.execute(t1);
pool.execute(t2);
pool.execute(t3);
pool.execute(t4);
pool.execute(t5);
// 關閉線程池
pool.shutdown();
}
}pool-1-thread-2正在執行。。。
pool-1-thread-4正在執行。。。
pool-1-thread-5正在執行。。。
pool-1-thread-1正在執行。。。
pool-1-thread-3正在執行。。。④newScheduledThreadPool
TestScheduledThreadPoolExecutor.java
public class TestScheduledThreadPoolExecutor {
public static void main(String[] args) {
ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(10);
exec.scheduleAtFixedRate(new MyThread(), 0, 10, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
}
