Java併發編程：線程池ThreadPoolExecutor

　　多線程的程序的確能發揮多核處理器的性能。雖然與進程相比，線程輕量化了很多，但是其創建和關閉同樣需要花費時間。而且線程多了以後，也會搶佔內存資源。如果不對線程加以管理的話，是一個非常大的隱患。而線程池的目的就是管理線程。當你需要一個線程時，你就可以拿一個空閒線程去執行任務，當任務執行完後，線程又會歸還到線程池。這樣就有效的避免了重複創建、關閉線程和線程數量過多帶來的問題。

Java併發包提供的線程池

 

注：摘自《實戰Java高併發程序設計》

　　如圖是Java併發包下提供的線程池功能。其中ExecutorService接口提供一些操作線程池的方法。而Executors相當於一個線程池工廠類，它裏面有幾種現成的具備某種特定功能的線程池工廠方法。看到這些應該不陌生，舉個我們平時最常使用的例子：

//創建一個大小爲10的固定線程池
ExecutorService threadpool= Executors.newScheduledThreadPool(10);

　　下面簡單介紹一下這些工廠方法：

　　newFixedThreadPool()方法：固定線程數量線程池。傳入的數字就是線程的數量，如果有空閒線程就去執行任務，如果沒有空閒線程就會把任務放到一個任務隊列，等到有線程空閒時便去處理隊列中的任務。

　　newSingleThreadExecutor()方法：只有一個線程的線程池。同樣，超出的任務會被放到任務隊列，等這個線程空閒時就會去按順序處理。

　　newCachedThreadPool()方法：可以根據實際情況拓展的線程池。當沒有空閒線程去執行新任務時，就會再創建新的線程去執行任務，執行完後新建的線程也會返回線程池進行復用。

　　newSingleThreadScheduledExecutor()方法：返回的是ScheduledExecutorService對象。ScheduledExecutorService是繼承於ExecutorService的，有一些拓展方法，如指定執行時間。這個線程池大小爲1，在指定時間執行任務。關於指定時間的幾個方法：schedule()是在指定時間後執行一次任務。scheduleAtFixedRate()和方法scheduleWithFixedDelay()方法，兩者都是週期性的執行任務，但是前者是以上一次任務開始爲週期起點，後者是以上一次任務結束爲週期起點。具體的參數大家可以在IDE裏面查看。

　　newScheduledThreadPool()方法：和上面一個方法一樣，但是可以指定線程池大小，其實上面那個方法也是調用這個方法的，只是傳入的參數是1。

線程池核心類

　　上面簡單的對Java併發包下線程池的結構和API進行簡單的介紹，下面開始深入瞭解一下線程池。如果大家在IDE上追蹤一下上面幾個工廠方法就會發現，其中最後都會調用一個方法，通過上圖其實也可以發現。那就是ThreadPoolExecutor的構造方法，工廠方法只是幫我們傳入不同的參數，從而實現不同的效果，所以如果你想更自由的控制自己的線程池，推薦直接使用ThreadPoolExecutor創建線程池。下面給出這個構造函數的參數列表：

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

　　參數從上到下，作用依次爲：

　　1.指定線程池種線程的數量。

　　2.線程池種最大的線程數量，也就是最大能拓展到多少。

　　3.當線程數量超過corePoolSize，多餘的空閒線程多久會被銷燬。

　　4.keepAliveTime的單位。

　　5.任務隊列，當空閒線程不夠，也不能再新建線程時，新提交的任務就會被放到任務隊列種。

　　6.線程工廠，用於創建線程，默認的即可。

　　7.拒絕策略。當任務太多，達到最大線程數量、任務隊列也滿了，該如何拒絕新提交的任務。

任務隊列

　　任務隊列是一個BlockingQueue接口，在ThreadPoolExecutor一共有如下幾種實現類實現了BlockingQueue接口。

　　SynchronousQueue：直接提交隊列。這種隊列其實不會真正的去保存任務，每提交一個任務就直接讓空閒線程執行，如果沒有空閒線程就去新建，當達到最大線程數時，就會執行拒絕策略。所以使用這種任務隊列時，一般會設置很大的maximumPoolSize，不然很容易就執行了拒絕策略。newCachedThreadPool線程池的corePoolSize爲0，maximumPoolSize無限大，它用的就是直接提交隊列。

　　ArrayBlockingQueue：有界任務隊列，其構造函數必須帶一個容量參數，表示任務隊列的大小。當線程數量小於corePoolSize時，有任務進來優先創建線程。當線程數等於corePoolSize時，新任務就會進入任務隊列，當任務隊列滿了，纔會創建新線程，線程數達到maximumPoolSize時執行拒絕策略。

　　LinkedBlockingQueue：無界任務隊列，通過它的名字也應該知道了，它是個鏈表，除非沒有空間了，不然不會出現任務隊列滿了的情況，但是非常耗費系統資源。和有界任務隊列一樣，線程數若小於corePoolSize，新任務進來時沒有空閒線程的話就會創建新線程，當達到corePoolSize時，就會進入任務隊列。會發現沒有maximumPoolSize什麼事，newFixedThreadPool固定大小線程池就是用的這個任務隊列，它的corePoolSize和maximumPoolSize相等。

　　PriorityBlockingQueue：優先任務隊列，它是一個特殊的無界隊列，因爲它總能保證高優先級的任務先執行。

拒絕策略

　　JDK提供了四種拒絕策略。

　　AbortPolicy：直接拋出異常，阻止系統正常工作。

　　CallerRunsPolicy：如果線程池未關閉，則在調用者線程裏面執行被丟棄的任務，這個策略不是真正的拒絕任務。比如我們在T1線程中提交的任務，那麼該拒絕策略就會把多餘的任務放到T1線程執行，會影響到提交者線程的性能。

　　DiscardOldestPolicy：該策略會丟棄一個最老的任務，也就是即將被執行的任務，然後再次嘗試提交該任務。

　　DiscardPolicy：直接丟棄多餘的任務，不做任何處理，如果允許丟棄任務，這個策略是最好的。

　　以上內置的拒絕策略都實現了RejectedExecutionHandler接口，所以上面的拒絕策略無法滿足你的要求，可以自定義一個：繼承RejectedExecutionHandler並實現rejectedExecution方法。

線程工廠

線程池中的線程是由ThreadFactory負責創建的，一般情況下默認就行，如果有一些其他的需求，比如自定義線程的名稱、優先級等，我們也可以利用ThreadFactory接口來自定義自己的線程工廠：繼承ThreadFactory並實現newThread方法。

線程池的拓展

　　在ThreadPoolExecutor中有三個擴展方法：分別會在任務執行前beforeExecute、執行完成afterExecute、線程池退出時執行terminated。

　　這幾個方法在哪調用的？在ThreadPoolExecutor中有一個內部類：Worker，每個線程的任務其實都是由這個類裏面的run方法執行的，貼一下這個類的源碼：

 

private final class Worker
    extends AbstractQueuedSynchronizer
    implements Runnable
{
    /**
     * This class will never be serialized, but we provide a
     * serialVersionUID to suppress a javac warning.
     */
    private static final long serialVersionUID = 6138294804551838833L;

    /** Thread this worker is running in.  Null if factory fails. */
    final Thread thread;
    /** Initial task to run.  Possibly null. */
    Runnable firstTask;
    /** Per-thread task counter */
    volatile long completedTasks;
    //....省略
    
    /** Delegates main run loop to outer runWorker  */
    public void run() {
        runWorker(this);
    }
    //....省略
}

 

　　接着進入這個runWorker方法：

final void runWorker(Worker w) {
    //...省略
            try {
                //任務執行前
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
                    task.run();
                } catch (RuntimeException x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Error x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Throwable x) {
                    thrown = x; throw new Error(x);
                } finally {
                    //任務執行完
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } 
    //....省略
}

　　還有一個線程池退出時執行的方法是在何處執行的？這個方法被調用的地方就不止一處了，像線程池的shutdown方法就會調用

public void shutdown() {
    //....省略。這個方法裏面就會調用terminated
    tryTerminate();
}

　　ThreadPoolExecutor中這三個方法默認是沒有任何內容的，所以我們要自定義它也很簡單，直接重寫它們就行了：

ExecutorService threadpool= new ThreadPoolExecutor(5,5,0L,TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingDeque<>()){
    @Override
    protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
        //執行任務前
    }
    @Override
    protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
        //執行任務後
    }
    @Override
    protected void terminated() {
        //線程退出
    }
};