線程池ThreadPoolExecutor——基礎分析！

1.線程池的作用

一方面當執行大量異步任務時候線程池能夠提供較好的性能，在不使用線程池的時候，每當需要執行異步任務時候是直接 new 一線程進行運行，而線程的創建和銷燬是需要開銷的。使用線程池時候，線程池裏面的線程是可複用的，不會每次執行異步任務時候都重新創建和銷燬線程。

另一方面線程池提供了一種資源限制和管理的手段，比如可以限制線程的個數，動態新增線程等，每個 ThreadPoolExecutor 也保留了一些基本的統計數據，比如當前線程池完成的任務數目等。

2.ThreadPoolExecutor 原理探究

類圖如下：

3.線程池狀態含義：

RUNNING：接受新任務並且處理阻塞隊列裏的任務；
SHUTDOWN：拒絕新任務但是處理阻塞隊列裏的任務；
STOP：拒絕新任務並且拋棄阻塞隊列裏的任務，同時會中斷正在處理的任務；
TIDYING：所有任務都執行完（包含阻塞隊列裏面任務）當前線程池活動線程爲 0，將要調用 terminated 方法；
TERMINATED：終止狀態，terminated方法調用完成以後的狀態。

線程池狀態轉換：

1.RUNNING -> SHUTDOWN：顯式調用 shutdown() 方法，或者隱式調用了 finalize()，它裏面調用了 shutdown() 方法。

2.RUNNING or SHUTDOWN -> STOP：顯式調用 shutdownNow() 方法時候。

3.SHUTDOWN -> TIDYING：當線程池和任務隊列都爲空的時候。

4.STOP -> TIDYING：當線程池爲空的時候。

5.TIDYING -> TERMINATED：當 terminated() hook 方法執行完成時候。

4.線程池參數：

corePoolSize：線程池核心線程個數；
workQueue：用於保存等待執行的任務的阻塞隊列；比如基於數組的有界 ArrayBlockingQueue，基於鏈表的無界 LinkedBlockingQueue，最多隻有一個元素的同步隊列 SynchronousQueue，優先級隊列 PriorityBlockingQueue 等。

maximunPoolSize：線程池最大線程數量。
ThreadFactory：創建線程的工廠。
RejectedExecutionHandler：飽和策略，當隊列滿了並且線程個數達到 maximunPoolSize 後採取的策略，比如 AbortPolicy （拋出異常），CallerRunsPolicy（使用調用者所在線程來運行任務），DiscardOldestPolicy（調用 poll 丟棄一個任務，執行當前任務），DiscardPolicy（默默丟棄，不拋出異常）。
keeyAliveTime：存活時間。如果當前線程池中的線程數量比核心線程數量要多，並且是閒置狀態的話，這些閒置的線程能存活的最大時間。
TimeUnit，存活時間的時間單位。

5.線程池類型：

1.newFixedThreadPool：創建一個核心線程個數和最大線程個數都爲 nThreads 的線程池，並且阻塞隊列長度爲Integer.MAX_VALUE，keeyAliveTime=0 說明只要線程個數比核心線程個數多並且當前空閒則回收。代碼如下：

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

  public LinkedBlockingQueue() {
        this(Integer.MAX_VALUE);
    }

2.newSingleThreadExecutor：創建一個核心線程個數和最大線程個數都爲1的線程池，並且阻塞隊列長爲 Integer.MAX_VALUE，keeyAliveTime=0 說明只要線程個數比核心線程個數多並且當前空閒則回收。代碼如下：

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

3.newCachedThreadPool：創建一個按需創建線程的線程池，初始線程個數爲 0，最多線程個數爲 Integer.MAX_VALUE，並且阻塞隊列爲同步隊列，keeyAliveTime=60 說明只要當前線程 60s 內空閒則回收。這個特殊在於加入到同步隊列的任務會被馬上被執行，同步隊列裏面最多隻有一個任務。代碼如下：

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

4.ScheduledExecutorService可以用來做定時任務的線程池

6.線程池拒絕策略

1.AbortPolicy，拒絕並拋出異常

public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
       
        public AbortPolicy() { }
 
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
                                                 " rejected from " +
                                                 e.toString());
        }
    }

2.DiscardPolicy，拒絕但不拋出異常

 public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {

        public DiscardPolicy() { }

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

3.DiscardOldestPolicy，執行任務，放棄最老的一個任務

public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {

        public DiscardOldestPolicy() { }

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

4.CallerRunsPolicy 直接執行任務

public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        
        public CallerRunsPolicy() { }

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

7合理配置線程池

CPU密集

CPU密集的意思是該任務需要大量的運算，而沒有阻塞，CPU一直全速運行。

CPU密集任務只有在真正的多核CPU上纔可能得到加速(通過多線程)，而在單核CPU上，無論你開幾個模擬的多線程，該任務都不可能得到加速，因爲CPU總的運算能力就那些。

IO密集

IO密集型，即該任務需要大量的IO，即大量的阻塞。在單線程上運行IO密集型的任務會導致浪費大量的CPU運算能力浪費在等待。所以在IO密集型任務中使用多線程可以大大的加速程序運行，即時在單核CPU上，這種加速主要就是利用了被浪費掉的阻塞時間。

接着上一篇探討線程池留下的尾巴，如何合理的設置線程池大小。

要想合理的配置線程池的大小，首先得分析任務的特性，可以從以下幾個角度分析：

1. 任務的性質：CPU密集型任務、IO密集型任務、混合型任務。

2. 任務的優先級：高、中、低。

3. 任務的執行時間：長、中、短。

4. 任務的依賴性：是否依賴其他系統資源，如數據庫連接等。

性質不同的任務可以交給不同規模的線程池執行。

對於不同性質的任務來說，CPU密集型任務應配置儘可能小的線程，如配置CPU個數+1的線程數，IO密集型任務應配置儘可能多的線程，因爲IO操作不佔用CPU，不要讓CPU閒下來，應加大線程數量，如配置兩倍CPU個數+1，而對於混合型的任務，如果可以拆分，拆分成IO密集型和CPU密集型分別處理，前提是兩者運行的時間是差不多的，如果處理時間相差很大，則沒必要拆分了。

若任務對其他系統資源有依賴，如某個任務依賴數據庫的連接返回的結果，這時候等待的時間越長，則CPU空閒的時間越長，那麼線程數量應設置得越大，才能更好的利用CPU。

當然具體合理線程池值大小，需要結合系統實際情況，在大量的嘗試下比較才能得出，以上只是前人總結的規律。

最佳線程數目 = （（線程等待時間+線程CPU時間）/線程CPU時間）* CPU數目

比如平均每個線程CPU運行時間爲0.5s，而線程等待時間（非CPU運行時間，比如IO）爲1.5s，CPU核心數爲8，那麼根據上面這個公式估算得到：((0.5+1.5)/0.5)*8=32。這個公式進一步轉化爲：

最佳線程數目 = （線程等待時間與線程CPU時間之比 + 1）* CPU數目

可以得出一個結論：
線程等待時間所佔比例越高，需要越多線程。線程CPU時間所佔比例越高，需要越少線程。
以上公式與之前的CPU和IO密集型任務設置線程數基本吻合。

CPU密集型時，任務可以少配置線程數，大概和機器的cpu核數相當，這樣可以使得每個線程都在執行任務

IO密集型時，大部分線程都阻塞，故需要多配置線程數，2*cpu核數

操作系統之名稱解釋：

某些進程花費了絕大多數時間在計算上，而其他則在等待I/O上花費了大多是時間，

前者稱爲計算密集型（CPU密集型）computer-bound，後者稱爲I/O密集型，I/O-bound。

歡迎觀看我下一篇，線程池ThreadPoolExecutor源碼深度解析！https://blog.csdn.net/zhangkaixuan456/article/details/106841419

線程池ThreadPoolExecutor——基礎分析！

1.線程池的作用

2.ThreadPoolExecutor 原理探究

類圖如下：

3.線程池狀態含義：

線程池狀態轉換：

4.線程池參數：

5.線程池類型：

6.線程池拒絕策略

7合理配置線程池

CPU密集

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