Android 線程池解析與複用原理

作爲面試的常住嘉賓之一，線程池的拷問，估計每個面試官都想問一遍。

下面，我們一起來學習一下。

一、線程池

首先，提到線程池就得說說它的好處，總得來說，可以分爲以下三點：

1. 複用線程池的線程，避免線程創建和銷燬帶來的性能開銷。
2. 控制線程池的最大併發數，避免大量線程之間搶佔系統資源而導致的阻塞現象
3. 能夠對線程進行簡單的管理，並提供定時執行以及制定間隔循環執行等任務

但需要注意的一點，如果只有一個線程，且不需要複用，則不需要用到線程池，沒必要。

我們都知道，Java的線程池共有4中，newFixedThreadPool，newCachedThreadPool,newScheduledThreadPool,newSingleThreadExecutor 。但真正的線程池的實現爲 ThreadPoolExecutor ，它提供了一系列參數來配置線程池，上述4中，其實就是不同參數的 ThreadPoolExecutor 而已。

二、ThreadPoolExecutor

接着，我們看看 ThreadPoolExecutor 的構造參數：

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

接着看看各個參數是什麼意思：

• corePoolSize：核心線程數
• maximumPoolSize：線程池的最大線程數
• keepAliveTime：非核心線程最大空閒存活時間(如果allowCoreThreadTimeOut = true，這個時間對核心線程也適用)
• unit：時間單位，有秒，分
• workQueue：線程池的任務等待隊列
• threadFactory ：線程工程，在創建線程時，可以標準名字，方便調試
• handler：拒絕策略，當線程池無法處理任務時的拒絕方式

2.1 線程池的中線程的增加策略

那麼，從上面已經知道，線程的增加策略，跟三個參數有關：

• corPoolSize：核心線程數
• maximumPoolSize：線程池的最大線程數
• • workQueue：線程池的任務等待隊列

他們之前的關係是這樣的，圖片來源

ThreadPoolExecutor 執行任務時，大致遵循以下規則：

• 如果線程池中的線程數據未達到核心線程的數量，那麼會直接啓動一個核心線程來執行任務
• 如果線程池中的線程已經達到了核心線程的數量，那麼任務會被插入到任務隊列中排隊，等待執行
• 如果隊列已滿，任務無法插入隊列中，如果此時線程數量未達到最大線程數，那麼會立刻啓動一個非核心線程來執行這個任務。
• 如果隊列已滿，且線程數已經達到最大線程數，則拒絕執行此任務，並調用 RejectedExecutionHandler 的 rejectedExecution 方法來調動調用發。

具體可以看下圖：圖片來源

這裏需要注意的點是，這個隊列需要是有界隊列的；否則線程數量就不會增加到最大線程數，因爲任務一直往隊列增加，而隊列一直未滿。

三、複用原理

上面理解了 ThreadPoolExecutor 的工作原理，那麼線程池的複用又是怎麼回事呢？

首先，當我們使用 ThreadPoolExecutor execute 一個任務時，看看它的源碼：

可以看到，這裏有個 addWorker 的方法，把 runnable 添加進去了，跟蹤進去：

看到，把 runnable 又傳遞給我了 Worker 這個實例，進去再看一下：

原來在 Worker 這裏新建了一個 thread，並任務賦值給 firstTask ，那麼這個 run 什麼時候調用呢，回到 addWorker 方法：

發現，最後執行了 worker 的 start 方法，那麼 worker 的run 方法也就執行了，你可以發現，其實你傳進來的runable 並沒有執行，而是執行 worker 自身的 runnable。
繼續看 run 方法中的 runWorker()：

發現它裏面是一個 while 循環，當此時 task 爲空的時候，則使用 getTask() 去拿：

拿到 task 之後，就會執行 task.run ，這樣 runnable 就被複用了。

也可以這樣理解， task 的 thread 複用了任務的 runable ，thread 創建的那幾個，但是 runnable 可以多個，這樣就起到了複用的效果了。

四、線程池分類

上面介紹了 ThreadPoolExecutor 的使用和實現原理，下面介紹一下 Executors 中 4中常見的 線程池

4.1 FixedThreadPool

通過 Executors 的 newFixedThreadPool 創建，它是一種線程數固定的線程池，參數如下：

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

可以看到，核心線程數和最大線程數是一直的，然後空閒時間爲0，隊列則是無線大。
從這裏看，線程一旦創建，就是核心線程，那麼空閒的時候，並不會回收，除非釋放；當任務超過核心線程，則放入到隊列中，等待執行，直到線程空閒出來。

4.2 CachedThreadPool

通過 Executors 的 newCachedThreadPool 創建，它是線程數量不固定的線程池，構造方法如下：

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

可以看到，核心線程是0，最大線程數非常大，而時間設置爲60s，也就是說，60s內，如果線程空閒了，就會被回收。注意到的是，如果有任務來了，不會被立即執行，如果需要等待線程創建，並從隊列取出任務。它適合大量的耗時較少的任務，因爲當60s到來時，如果任務還未被執行，則會中斷任務。

4.3 ScheduledThreadPool

它的構造參數爲：

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

看到，它的核心線程數是固定的，最大則是不固定的，適合做一些延時操作。

4.4 SingleThreadExecutor

它的構造參數爲：

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

核心線程數和最大線程數都爲1，確保所有任務都在這個線程中執行。

參考：
https://mp.weixin.qq.com/s/FOs7hiUk7_W2GoZsM1Tc_w