多线程—线程池Executor框架及四种常用线程池

池化技术应用：线程池、数据库连接池、http连接池等等。

池化技术的思想主要是为了减少每次获取资源的消耗，提高对资源的利用率。

使用线程池的好处：

降低资源消耗：通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
提高响应速度：当任务到达时，可以不需要等待线程创建就能立即执行。
管理线程：线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，监控和调优。

Executor框架

绿色实线箭头是继承，虚线是接口实现

Executor接口是Executor框架的一个最基本的接口，Executor框架的大部分类都直接或间接地实现了此接口。

Executor接口只有一个execute(Runnable command)方法。

public void execute(Runnable r) {
    new Thread(r).start();
}

ExecutorService接口继承了Executor接口，该接口用于管理线程。

public interface ExecutorService extends Executor {
// 请求关闭、发生超时或者当前线程中断，无论哪一个首先发生之后，都将导致阻塞，直到所有任务完成执行。
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit);

// 执行给定的任务，当所有任务完成时，返回保持任务状态和结果的 Future 列表。
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks);

// 执行给定的任务，当所有任务完成或超时期满时，返回保持任务状态和结果的 Future 列表。
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit);

// 任务列表里只要有一个任务完成了，就立即返回。而且一旦正常或异常返回后，则取消尚未完成的任务。
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks);

// 执行给定的任务，如果在给定的超时期满前某个任务已成功完成（也就是未抛出异常），则返回其结果。
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks, long timeout, TimeUnit unit);

// 如果此执行程序已关闭，则返回 true。
boolean isShutdown();

// 如果关闭后所有任务都已完成，则返回 true。先调用 shutdown 或 shutdownNow，否则 isTerminated 永不为 true。
boolean isTerminated();

// 启动一次顺序关闭，执行以前提交的任务，但不接受新任务。
void shutdown();

// 通过调用interrupt试图停止所有正在执行的活动任务，暂停处理正在等待的任务，并返回等待执行的任务列表。
List<Runnable> shutdownNow();

// 提交一个返回值的任务用于执行，返回一个表示任务的未决结果的 Future，该Future的get方法在成功完成时将会返回给定的结果。
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);

Future<?> submit(Runnable task);

<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
}

execute和submit方法

execute，执行一个任务，没有返回值。
submit，提交一个线程任务，有返回值。
submit(Callable<T> task)能获取到它的返回值，通过future.get()获取（阻塞直到任务执行完）。
submit(Runnable task, T result)能通过传入的载体result间接获得线程的返回值。

接下来介绍线程池主要实现类ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor构造函数

//五个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)
//第六个参数
ThreadFactory threadFactory

//第七个参数
RejectedExecutionHandler handler

ThreadPoolExecutor类的构造函数有4个，前面5个参数是必须的，第6和7个参数同这5个参数又构成了3个构造函数。

int corePoolSize

线程池中核心线程数最大值，线程池新建线程的时候，如果当前线程总数小于corePoolSize，则新建的是核心线程，如果超过corePoolSize，进入任务队列。
核心线程默认情况下会一直存活在线程池中，即使这个核心线程是闲置状态。如果指定ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut这个属性为true，那么闲置状态的核心线程，超过一定时间(keepAliveTime)，就会被销毁掉。

int maximumPoolSize

该线程池中线程总数最大值。如果等待队列满了，创建非核心线程。
线程总数 = 核心线程数 + 非核心线程数。

long keepAliveTime

该线程池中非核心线程闲置超时时长。
一个非核心线程，如果不干活(闲置状态)的时长超过这个参数所设定的时长，就会被销毁掉。
如果设置allowCoreThreadTimeOut = true，则会作用于核心线程。

TimeUnit unit

keepAliveTime的时间单位。

BlockingQueue<Runnable> workQueue

该线程池中的任务队列，维护着等待执行的Runnable对象。
当所有的核心线程都在干活时，新添加的任务会被添加到这个队列中等待处理，如果队列满了，则新建非核心线程执行任务。

队列的三种通用策略详解：

直接提交 SynchronousQueue

将任务直接提交给线程而不保存它们。如果所有线程都在工作，就新建一个线程来处理这个任务，所以通常要求maximumPoolSizes设置为Integer.MAX_VALUE，即无限大，以避免拒绝新提交的任务。

无界队列 LinkedBlockingQueue

将导致在所有核心线程都在忙时新任务在队列中等待，创建的线程就不会超过 corePoolSize，maximumPoolSize 的值也就没意义了。

有界队列 ArrayBlockingQueue

可以限定队列的长度，接收到任务的时候，如果没有达到corePoolSize的值，则新建线程(核心线程)执行任务，如果达到了，则入队等候，如果队列已满，则新建线程(非核心线程)执行任务，又如果总线程数到了maximumPoolSize，并且队列也满了，则发生错误。

延时队列 DelayQueue

传进去的任务必须先实现Delayed接口。这个队列接收到任务时，首先先入队，只有达到了指定的延时时间，才会执行任务。

ThreadFactory threadFactory

用于创建新线程，是一个接口，new他的时候需要实现他的Thread newThread(Runnable r)方法，一般不用。

RejectedExecutionHandler handler

用于抛出异常，一般不用。

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() 抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException异常，默认。
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() 重试添加当前的任务，他会自动重复调用execute()方法。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy() 抛弃旧的任务
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy() 抛弃当前的任务。

如何配置线程池

CPU密集型任务

CPU核心数+1，CPU 密集型任务使得CPU使用率很高，内存、硬盘、网络占用的时间少于cpu本身计算的时间，这时应配置尽可能小的线程避免线程之间频繁的切换消耗资源。

IO密集型任务

2*CPU核心数，O密集型任务CPU使用率并不高，当线程发出请求后，由于不占用cpu资源，可以阻塞等待，因此可以让CPU在等待IO的时候有其他线程去处理别的任务，充分利用CPU时间。

混合型任务
可以将任务分成IO密集型和CPU密集型任务，然后分别用不同的线程池去处理。

线程池执行策略

线程数量未达到corePoolSize，则新建一个核心线程执行任务
线程数量达到了corePools，则将任务移入队列等待
队列已满，新建线程(非核心线程)执行任务
队列已满，总线程数又达到了maximumPoolSize，就会由RejectedExecutionHandler抛出异常

常用的四种线程池

CachedThreadPool 缓存线程池

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

    ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool(); 
    cachedThreadPool.execute(new Runnable(){public void run() {};})

特点：

核心线程数为0，线程数无限制
有空闲线程则复用空闲线程，若无空闲线程则新建线程
空闲线程只会等60s
直接提交队列

FixedThreadPool 定长线程池

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

    ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(int theads);
    fixedThreadPool.execute(new Runnable(){public void run() {};});

特点：

所有线程都是核心线程，在创建时给定数量
线程空闲就回收
队列无界

SingleThreadExecutor 单线程化的线程池

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

    ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    singleThreadExecutor.execute(new Runnable(){public void run() {};});

    static class FinalizableDelegatedExecutorService
        extends DelegatedExecutorService {
        FinalizableDelegatedExecutorService(ExecutorService executor) {
            super(executor);
        }
        protected void finalize() {
            super.shutdown();
        }
    }

加了个finalize方法保证线程池的关闭，DelegatedExecutorService是继承AbstractExecutorService的一个类。

和newFixedThreadPool(1)的区别

封装成FinalizableDelegatedExecutorService类，这个类就是对ExecutorService进行了一个包装，防止暴露出不该被暴露的方法，然后加上了finalize方法保证线程池的关闭。

特点：

线程池只有一个核心线程
线程空闲就回收
队列无界

ScheduledThreadPool 定长周期线程池：

ScheduledThreadPool是一个能实现定时、周期性任务的线程池。

 public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }

 ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(int theads);
 scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
    public void run() {
       System.out.println("延迟1秒执行");
    }
 }, 1, TimeUnit.SECONDS);
 
 scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
    public void run() {
       System.out.println("延迟1秒后每3秒执行一次");
    }
 }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
        super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
    }

ScheduledThreadPoolExecutor继承自ThreadPoolExecutor，实现了ScheduledExecutorService接口，该接口定义了schedule等任务调度的方法。ScheduledThreadPoolExecutor有两个重要的内部类：DelayedWorkQueue和ScheduledFutureTask。DelayeddWorkQueue是一个阻塞队列，而ScheduledFutureTask继承自FutureTask，并且实现了Delayed接口。

特点：

给定线程数，定时、周期性处理任务
线程空闲就回收
队列无界

线程池为什么能维持线程不释放，随时运行各种任务？

总结就是：如果队列中没有任务时，核心线程会一直阻塞在获取任务的方法，直到返回任务。

//重点：poll会一直阻塞直到超过keepAliveTime或者获取到任务
//take 会一直阻塞直到获取到任务
//在没有任务的时候 如果没有特别设置allowCoreThreadTimeOut，我们的核心线程会一直阻塞在这里

Runnable r = timed ? workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) : workQueue.take();

所以也解释了workQueues为什么要是BlockingQueue

ArrayBlockingQueue的take方法

　public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;　　//加锁
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == 0)
            notEmpty.await();　　//队列为空时，将使这个线程进入阻塞状态,直到被其他线程唤醒时取出元素
        return dequeue();　　//消费对头中的元素
    } finally {
        lock.unlock();
    }
  }

可以看到当队列内没有任务时，调用await方法挂起线程。await方法是ConditionObject的方法，内部调用了LockSupport类的park方法将线程挂起。可以看这里。

多线程—线程池Executor框架及四种常用线程池

Executor框架

execute和submit方法

ThreadPoolExecutor构造函数

int corePoolSize

int maximumPoolSize

long keepAliveTime

TimeUnit unit

BlockingQueue<Runnable> workQueue

ThreadFactory threadFactory

RejectedExecutionHandler handler

如何配置线程池

线程池执行策略

常用的四种线程池

线程池为什么能维持线程不释放，随时运行各种任务？

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