線程池和阻塞隊列

從Java5開始，Java提供了自己的線程池。每次只執行指定數量的線程，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 就是這樣的線程池。以下是我的學習過程。

首先是構造函數簽名如下：

[java]view
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public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler);   

參數介紹：

corePoolSize 核心線程數，指保留的線程池大小（不超過maximumPoolSize值時，線程池中最多有corePoolSize 個線程工作）。
maximumPoolSize 指的是線程池的最大大小（線程池中最大有corePoolSize 個線程可運行）。
keepAliveTime 指的是空閒線程結束的超時時間（當一個線程不工作時，過keepAliveTime 長時間將停止該線程）。
unit 是一個枚舉，表示 keepAliveTime 的單位（有NANOSECONDS, MICROSECONDS, MILLISECONDS, SECONDS, MINUTES, HOURS, DAYS，7個可選值）。
workQueue 表示存放任務的隊列（存放需要被線程池執行的線程隊列）。
handler 拒絕策略（添加任務失敗後如何處理該任務）.

1、線程池剛創建時，裏面沒有一個線程。任務隊列是作爲參數傳進來的。不過，就算隊列裏面有任務，線程池也不會馬上執行它們。
2、當調用 execute() 方法添加一個任務時，線程池會做如下判斷：
a. 如果正在運行的線程數量小於 corePoolSize，那麼馬上創建線程運行這個任務；
b. 如果正在運行的線程數量大於或等於 corePoolSize，那麼將這個任務放入隊列。
c. 如果這時候隊列滿了，而且正在運行的線程數量小於 maximumPoolSize，那麼還是要創建線程運行這個任務；
d. 如果隊列滿了，而且正在運行的線程數量大於或等於 maximumPoolSize，那麼線程池會拋出異常，告訴調用者“我不能再接受任務了”。
3、當一個線程完成任務時，它會從隊列中取下一個任務來執行。
4、當一個線程無事可做，超過一定的時間（keepAliveTime）時，線程池會判斷，如果當前運行的線程數大於 corePoolSize，那麼這個線程就被停掉。所以線程池的所有任務完成後，它最終會收縮到 corePoolSize 的大小。
這個過程說明，並不是先加入任務就一定會先執行。假設隊列大小爲 4，corePoolSize爲2，maximumPoolSize爲6，那麼當加入15個任務時，執行的順序類似這樣：首先執行任務 1、2，然後任務3~6被放入隊列。這時候隊列滿了，任務7、8、9、10 會被馬上執行，而任務 11~15 則會拋出異常。最終順序是：1、2、7、8、9、10、3、4、5、6。當然這個過程是針對指定大小的ArrayBlockingQueue<Runnable>來說，如果是LinkedBlockingQueue<Runnable>，因爲該隊列無大小限制，所以不存在上述問題。

示例一，LinkedBlockingQueue<Runnable>隊列使用：

[java]view
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import java.util.concurrent.BlockingQueue;  

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;  

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  

import java.util.concurrent.TimeUnit;  

/** 

 * Created on 2011-12-28 

 * <p>Description: [Java 線程池學習]</p> 

 * @author         [email protected] 

 */  

public class ThreadPoolTest implements Runnable {   

     public void run() {   

          synchronized(this) {   

            try{  

                System.out.println(Thread.currentThread().getName());  

                Thread.sleep(3000);  

            }catch (InterruptedException e){  

                e.printStackTrace();  

            }  

          }   

     }   

     public static void main(String[] args) {   

         BlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>();  

         ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);  

         for (int i = 0; i < 10; i++) {     

             executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(), "TestThread".concat(""+i)));     

             int threadSize = queue.size();  

             System.out.println("線程隊列大小爲-->"+threadSize);  

         }     

         executor.shutdown();    

     }  

}

輸出結果如下：

線程隊列大小爲-->0
線程名稱：pool-1-thread-1
線程隊列大小爲-->0
線程隊列大小爲-->1
線程隊列大小爲-->2
線程隊列大小爲-->3
線程隊列大小爲-->4
線程隊列大小爲-->5
線程隊列大小爲-->6
線程隊列大小爲-->7
線程隊列大小爲-->8
線程名稱：pool-1-thread-2
線程名稱：pool-1-thread-1
線程名稱：pool-1-thread-2
線程名稱：pool-1-thread-1
線程名稱：pool-1-thread-2
線程名稱：pool-1-thread-1
線程名稱：pool-1-thread-2
線程名稱：pool-1-thread-1
線程名稱：pool-1-thread-2

可見，線程隊列最大爲8，共執行了10個線線程。因爲是從線程池裏運行的線程，所以雖然將線程的名稱設爲"TestThread".concat(""+i)，但輸出後還是變成了pool-1-thread-x。

示例二，LinkedBlockingQueue<Runnable>隊列使用：

[java]view
plaincopyprint?

import java.util.concurrent.BlockingQueue;  

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;  

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  

import java.util.concurrent.TimeUnit;  

/** 

 * Created on 2011-12-28 

 * <p>Description: [Java 線程池學習]</p> 

 * @author         [email protected] 

 */  

public class ThreadPoolTest implements Runnable {   

     public void run() {   

          synchronized(this) {   

            try{  

                System.out.println("線程名稱："+Thread.currentThread().getName());  

                Thread.sleep(3000); //休眠是爲了讓該線程不至於執行完畢後從線程池裏釋放  

            }catch (InterruptedException e){  

                e.printStackTrace();  

            }  

          }   

     }   

     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {   

         BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(4); //固定爲4的線程隊列  

         ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);  

         for (int i = 0; i < 10; i++) {     

             executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(), "TestThread".concat(""+i)));     

             int threadSize = queue.size();  

             System.out.println("線程隊列大小爲-->"+threadSize);  

         }     

         executor.shutdown();    

     }  

}

輸出結果如下：

線程隊列大小爲-->0
線程隊列大小爲-->0
線程隊列大小爲-->1
線程隊列大小爲-->2
線程隊列大小爲-->3
線程隊列大小爲-->4
線程隊列大小爲-->4
線程隊列大小爲-->4
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-1
線程名稱：pool-1-thread-3
線程名稱：pool-1-thread-2
線程名稱：pool-1-thread-4
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-5
線程名稱：pool-1-thread-6
線程名稱：pool-1-thread-5
線程名稱：pool-1-thread-6
線程名稱：pool-1-thread-4
線程名稱：pool-1-thread-2

可見，總共10個線程，因爲核心線程數爲2，2個線程被立即運行，線程隊列大小爲4，所以4個線程被加入隊列，最大線程數爲6，還能運行6-2=4個，其10個線程的其餘4個線程又立即運行了。

如果將我們要運行的線程數10改爲11，則由於最大線程數6+線程隊列大小4=10<11，則根據線程池工作原則，最後一個線程將被拒絕策略拒絕，將示例二的main方法改爲如下：

[java]view
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public static void main(String[] args) throws InterruptedException {   

    ArrayBlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(4); //固定爲4的線程隊列  

    ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);  

    for (int i = 0; i < 11; i++) {     

        executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(), "TestThread".concat(""+i)));     

        int threadSize = queue.size();  

        System.out.println("線程隊列大小爲-->"+threadSize);  

    }     

    executor.shutdown();    

}

輸出結果：

線程隊列大小爲-->0
線程名稱：pool-1-thread-1
線程隊列大小爲-->0
線程隊列大小爲-->1
線程隊列大小爲-->2
線程隊列大小爲-->3
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-2
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-3
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-4
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-5
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-6
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(Unknown Source)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(Unknown Source)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(Unknown Source)
at ths.ThreadPoolTest.main(ThreadPoolTest.java:30)
線程名稱：pool-1-thread-1
線程名稱：pool-1-thread-3
線程名稱：pool-1-thread-2
線程名稱：pool-1-thread-4

很明顯，拋RejectedExecutionException異常了，被拒絕策略拒絕了，這就說明線程超出了線程池的總容量（線程隊列大小+最大線程數）。

對於 java.util.concurrent.BlockingQueue 類有有三種方法將線程添加到線程隊列裏面，然而如何區別三種方法的不同呢，其實在隊列未滿的情況下結果相同，都是將線程添加到線程隊列裏面，區分就在於當線程隊列已經滿的時候，此時

public boolean add(E e) 方法將拋出IllegalStateException異常，說明隊列已滿。

public boolean offer(E e) 方法則不會拋異常，只會返回boolean值，告訴你添加成功與否，隊列已滿，當然返回false。

public void put(E e) throws InterruptedException 方法則一直阻塞（即等待，直到線程池中有線程運行完畢，可以加入隊列爲止）。

爲了證明對上面這三個方法的描述，我們將示例二改爲如下、public boolean add(E e)方法測試程序：

[java]view
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public static void main(String[] args) throws InterruptedException {   

    BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(4); //固定爲4的線程隊列  

    ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);  

    for (int i = 0; i < 10; i++) {     

        executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(), "TestThread".concat(""+i)));     

        int threadSize = queue.size();  

        System.out.println("線程隊列大小爲-->"+threadSize);  

        if (threadSize==4){  

            queue.add(new Runnable() {  //隊列已滿，拋異常  

                @Override  

                public void run(){  

                    System.out.println("我是新線程，看看能不能搭個車加進去！");  

                }  

            });  

        }  

    }     

    executor.shutdown();    

}

運行結果：

線程隊列大小爲-->0
線程名稱：pool-1-thread-1
線程隊列大小爲-->0
線程隊列大小爲-->1
線程隊列大小爲-->2
線程隊列大小爲-->3
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-2
Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full
at java.util.AbstractQueue.add(Unknown Source)
at java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue.add(Unknown Source)
at ths.ThreadPoolTest.main(ThreadPoolTest.java:35)
線程名稱：pool-1-thread-1
線程名稱：pool-1-thread-2
線程名稱：pool-1-thread-2
線程名稱：pool-1-thread-1

很明顯，當線程隊列已滿，即線程隊列裏的線程數爲4時，拋了異常，add線程失敗。再來看public boolean offer(E e) 方法測試程序：

[java]view
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<strong> </strong>public static void main(String[] args) throws InterruptedException {   

         BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(4); //固定爲4的線程隊列  

         ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);  

         for (int i = 0; i < 10; i++) {     

             executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(), "TestThread".concat(""+i)));     

             int threadSize = queue.size();  

             System.out.println("線程隊列大小爲-->"+threadSize);  

             if (threadSize==4){  

                 final boolean flag = queue.offer(new Runnable() {  

                     @Override  

                     public void run(){  

                         System.out.println("我是新線程，看看能不能搭個車加進去！");  

                     }  

                 });  

                 System.out.println("添加新線程標誌爲-->"+flag);  

             }  

         }     

         executor.shutdown();    

     }

運行結果如下：

線程隊列大小爲-->0
線程名稱：pool-1-thread-1
線程隊列大小爲-->0
線程隊列大小爲-->1
線程隊列大小爲-->2
線程隊列大小爲-->3
線程隊列大小爲-->4
添加新線程標誌爲-->false
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-3
添加新線程標誌爲-->false
線程名稱：pool-1-thread-2
線程隊列大小爲-->4
添加新線程標誌爲-->false
線程名稱：pool-1-thread-4
線程隊列大小爲-->4
添加新線程標誌爲-->false
線程名稱：pool-1-thread-5
線程隊列大小爲-->4
添加新線程標誌爲-->false
線程名稱：pool-1-thread-6
線程名稱：pool-1-thread-1
線程名稱：pool-1-thread-2
線程名稱：pool-1-thread-3
線程名稱：pool-1-thread-4

可以看到，當線程隊列已滿的時候，線程沒有被添加到線程隊列，程序也沒有拋異常。繼續看public void put(E e) throws InterruptedException;方法測試程序：

[java]view
plaincopyprint?

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {   

         BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(4); //固定爲4的線程隊列  

         ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);  

         for (int i = 0; i < 10; i++) {     

             executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(), "TestThread".concat(""+i)));     

             int threadSize = queue.size();  

             System.out.println("線程隊列大小爲-->"+threadSize);  

             if (threadSize==4){  

                 queue.put(new Runnable() {  

                     @Override  

                     public void run(){  

                         System.out.println("我是新線程，看看能不能搭個車加進去！");  

                     }  

                 });  

             }  

         }     

         executor.shutdown();    

     }

結果如下：

線程隊列大小爲-->0
線程隊列大小爲-->0
線程隊列大小爲-->1
線程隊列大小爲-->2
線程隊列大小爲-->3
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-1
線程名稱：pool-1-thread-2
線程名稱：pool-1-thread-1
線程名稱：pool-1-thread-2
線程隊列大小爲-->3
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-3
線程名稱：pool-1-thread-2
線程隊列大小爲-->4
線程名稱：pool-1-thread-1
線程隊列大小爲-->4
我是新線程，看看能不能搭個車加進去！
線程名稱：pool-1-thread-3
線程名稱：pool-1-thread-4
我是新線程，看看能不能搭個車加進去！
線程名稱：pool-1-thread-3
我是新線程，看看能不能搭個車加進去！
我是新線程，看看能不能搭個車加進去！

很明顯，嘗試了四次才加進去，前面三次嘗試添加，但由於線程sleep(3000)，所以沒有執行完，線程隊列一直處於滿的狀態，直到某個線程執行完，隊列有空位，新線程才加進去，沒空位之前一直阻塞（即等待），我能加進去爲止。

那麼線程池的排除策略是什麼樣呢，一般按如下規律執行：

A. 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。
B. 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。
C. 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。

總結：

1. 線程池可立即運行的最大線程數即maximumPoolSize 參數。

2. 線程池能包含的最大線程數 = 可立即運行的最大線程數 + 線程隊列大小 (一部分立即運行，一部分裝隊列裏等待)

3. 核心線程數可理解爲建議值，即建議使用的線程數，或者依據CPU核數

4. add，offer，put三種添加線程到隊列的方法只在隊列滿的時候有區別，add爲拋異常，offer返回boolean值，put直到添加成功爲止。

5.同理remove，poll， take三種移除隊列中線程的方法只在隊列爲空的時候有區別， remove爲拋異常，poll爲返回boolean值， take等待直到有線程可以被移除。

看看下面這張圖就清楚了：

記在這裏做爲學習的過程，以後偶爾有空翻起來容易。

cheng911215

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