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線程池的作用

池化技術(shù)是一種很常見的計算機技術(shù)，主要是為了復用和提高性能，如內(nèi)存池、連接池、對象池等。線程池也不例外，他的主要作用如下：

• 提高性能：線程的頻繁創(chuàng)建和銷毀會產(chǎn)生的很大的系統(tǒng)開銷，線程池中的線程復用可以大幅度的減少這種不必要的開銷。
• 復用和管理：方便對池子中的線程進行管理和復用，避免在生產(chǎn)環(huán)境中大量的創(chuàng)建線程。
• 解耦：只暴露提交任務的接口，將線程池的創(chuàng)建、銷毀等工作與業(yè)務解耦。

JDK 在并發(fā)包中為我們定義了一套 Executor 框架，幫助開發(fā)人員有效地進行線程控制，有基礎(chǔ)的線程池類、有線程池工廠，但是最最重要還是 ThreaPoolExecutor，也是面試中最常問的知識點。本文重點介紹 ThreaPoolExecutor 的原理。

線程池的參數(shù)說明

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

ThreaPoolExecutor 參數(shù)的含義如下

• corePoolSize: 線程池中核心線程的數(shù)量。
• maximumPoolSize: 線程池中的最大線程數(shù)量。
• keepAliveTime: 當線程池數(shù)量超過 corePoolSize 時，多余的空閑線程的存活時間。即超過 coolPoolSize 的空閑線程在 多長時間內(nèi)，會被銷毀。
• unit: keepAliveTime 的單位，可以為 時、分、秒等多種值。
• workQueue: 任務隊列，存放被提交但尚未被執(zhí)行的任務。
• threadFactory: 線程工廠，用于創(chuàng)建線程，一般用默認即可。
• handler: 拒絕策略，當線程池處理不過來任務時，如何拒絕任務。

以上參數(shù)中 workQueue、threadFactory、handler 相對復雜，需要單獨介紹，下面主要介紹下 ThreadFactory 和 RejectedExecutionHandler

1. 線程工廠：ThreadFactory

線程池中的線程都由 TrheadFactory 定義的線程工廠來創(chuàng)建，它是一個接口只有 Thread newThread(Runnable r) 方法，用來創(chuàng)建線程。雖然創(chuàng)建 ThreadPoolExecutor 的時候可以不指定該參數(shù)，但是阿里巴巴編碼規(guī)約建議最好指定該參數(shù)，有以下幾個好處：

• 跟蹤線程池在何時、創(chuàng)建了多少線程。
• 可以自定義線程池的名稱、組以及優(yōu)先級等信息。
• 設(shè)置線程的其他狀態(tài)等，如守護進程。

2. 拒絕策略：RejectedExecutionHandler

當線程池線程數(shù)量達到 maxPoolSize 大小時，再提交新的任務會執(zhí)行拒絕策略，JDK 定義了四種拒絕策略：

• AbortPolicy 該策略直接拋出異常
• CallerRunsPolicy 調(diào)用者線程處理任務，該策略并不是真正的丟棄任務，會讓當前線程來執(zhí)行被拋棄的任務，由于只有一個線程，所有的任務會被串行執(zhí)行。
• DiscardOldestPolicy 丟棄最老的一個請求，即隊列頭部的即將被執(zhí)行的任務，并嘗試再次提交當前任務。
• DiscardPolicy 該策略默默丟棄無法處理的任務。

以上四種拒絕策略都繼承了接口 RejectedExecutionHandler 并實現(xiàn)該接口的 rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) 方法。如果以上四種拒絕策略都滿足不了你的需求，可以自定義拒絕策略，繼承接口 RejectedExecutionHandler 并實現(xiàn)方法即可。

線程池的調(diào)度邏輯

ThreaPoolExecutor 對提交的任務處理邏輯如下圖，

1. 提交任務時：

• 如果線程池中的線程數(shù)小于 corePoolSize (無論是否有空閑線程)，創(chuàng)建新的線程(謂之核心線程)來處理。
• 如果線程池中的線程數(shù)已經(jīng)大于或者 corePoolSize ，新提交的任務將被放置到等候隊列中，等待調(diào)度。
• 如果等待隊列已滿，并且線程池中的線程數(shù)量小于 maxPoolSize，將繼續(xù)創(chuàng)建新線程處理任務。
• 如果隊列已滿且線程數(shù)量也達到了上限，將使用拒絕策略來處理。

2. 任務進行中時：

當隊列中的任務已經(jīng)執(zhí)行完，部分線程開始空閑，非核心線程會在空閑后的 keepAliveTime 的時間內(nèi)自行銷毀。

而空閑核心線程是否退出取決于線程池的另一個參數(shù) allowCoreThreadTimeOut 。當配置為 true 的時候，即使是核心線程，超時也會退出。

線程池的生命周期

線程池同線程一樣也有自己的生命周期，包括 RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING 和 TERMINATED 五種狀態(tài)，他們的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖，并且這些轉(zhuǎn)換時不可逆的。

1. RUNNING

該狀態(tài)是線程池的工作狀態(tài)，能夠接受新任務以及對接受的任務進行處理。線程池的初始狀態(tài)，即線程創(chuàng)建成功后就處理此狀態(tài)。

2. SHUTDOWN

關(guān)閉狀態(tài)，線程池不再接受新的任務，但是能繼續(xù)處理提交到線程池中的任務。線程狀態(tài) RUNNING 的情況下調(diào)用 shutdown() 方法進入該狀態(tài)。

3. STOP

停止狀態(tài)，線程池不接受新的任務，也不處理阻塞隊列中的任務，同時會中斷正在執(zhí)行任務的線程。在線程處于 RUNNING 或者 SHUTDOWN 狀態(tài)下調(diào)用 shutdownNow() 方法進入該狀態(tài)。

4. TIDYING

所有任務都銷毀了，workCount 為 0，會自動從 RUNNING 或者 STOP 狀態(tài)轉(zhuǎn)化為 TIDYING 狀態(tài)。在轉(zhuǎn)換過程中會調(diào)用 terminated() 方法，ThreadPoolExecutor 類的 ternimated() 方法為空，如果想在線程池變成 TIDYING 的時候有所處理，可以重載該方法。

線程池在 SHUTDOWN 狀態(tài)下，阻塞隊列為空并且執(zhí)行任務為空時轉(zhuǎn)換為 TIDYING 狀態(tài);線程池在 STOP 狀態(tài)下，執(zhí)行的任務為空時轉(zhuǎn)換為 TIDYING 狀態(tài)。

5. TERMINATED

結(jié)束狀態(tài)，線程池的最終狀態(tài)，該狀態(tài)的線程池不會再有任何操作。線程池執(zhí)行 terminated() 方法后處于該狀態(tài)。

JDK 四種線程池

了解 ThreaPoolExecutor 的基本原理后再來看看 JDK 在 Executors 中為開發(fā)人員定義的四個線程池工廠方法，其實它們內(nèi)部調(diào)用的是 ThreaPoolExecutor，只是使用了不同的參數(shù)，下面來了解下它們的特性。

newFixedThreadPool() 方法：該方法返回一個固定線程池數(shù)量的線程，提交任務時如果線程池中有空閑線程，則立即執(zhí)行，沒有則新的任務會被緩存在一個任務隊列中，它創(chuàng)建線程池的代碼如下：

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nthread) { 
  return new ThreadPoolExecutor(nthread,  
                                nthread,  
                                0L,  
                                TimeUnit.MILLSECCONDS,  
                                new LikedBlockingQueue<Runnable>()) 
} 

newSingleThreadExecutor() 方法：該方法返回只有一個線程的線程池，如果多余的任務提交到線程池，則被提交到任務隊列中。它創(chuàng)建線程池代碼如下：

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

newCachedThreadPool() 方法：該方法返回一個可根據(jù)實際情況調(diào)整線程數(shù)的線程池，它的核心線程數(shù)為 0 ，線程總數(shù)為 Integer.MAX_VALUE ，隊列采用的是 SynchronousQueue，這樣即使線程滿，任務也不能提交到隊列中。

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

newScheduledThreadPool()：該方法一個固定長度的線程池，并且以延遲或者定時的方式去執(zhí)行任務。它的隊列使用 DelayedWorkQueue，所以任務必須繼承 Delay 接口。

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