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線程池的自我介紹

我是一個(gè)線程池(ThreadPoolExecutor)，我的主要工作是管理在我這的多個(gè)線程(Thread)，讓他們能并發(fā)地執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的同時(shí)，又不會(huì)造成很大的的系統(tǒng)開銷，有人不明白，創(chuàng)建線程有啥開銷呢，不是只要 new 一個(gè) Thread 出來讓它跑就行了嗎，這里我要簡(jiǎn)單解釋下：

1. 其實(shí) Java 中的線程模型是基于操作系統(tǒng)原生線程模型實(shí)現(xiàn)的，也就是說 Java 中的線程其實(shí)是基于內(nèi)核線程實(shí)現(xiàn)的，線程的創(chuàng)建，析構(gòu)與同步都需要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用，而系統(tǒng)調(diào)用需要在用戶態(tài)與內(nèi)核中來回切換，代價(jià)相對(duì)較高，線程的生命周期包括「線程創(chuàng)建時(shí)間」,「線程執(zhí)行任務(wù)時(shí)間」,「線程銷毀時(shí)間」，創(chuàng)建和銷毀都需要導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)用。
2. 每個(gè) Thread 都需要有一個(gè)內(nèi)核線程的支持，也就意味著每個(gè) Thread 都需要消耗一定的內(nèi)核資源(如內(nèi)核線程的?？臻g)，因?yàn)槟軇?chuàng)建的 Thread 是有限的，默認(rèn)一個(gè)線程的線程棧大小是 1 M，如果每來一個(gè)任務(wù)就創(chuàng)建線程的話，1024 個(gè)任務(wù)就光創(chuàng)建線程就占用了 1 G 內(nèi)存，很容易就系統(tǒng)崩潰了。

corePoolSize

所以我的主要作用就是減少線程的創(chuàng)建時(shí)間和銷毀時(shí)間，線程創(chuàng)建后不讓它馬上銷毀，而是常駐在我這，隨叫隨到，我把這些常駐的線程叫做核心線程，核心線程數(shù)也不宜過多，所以我指定了它們的數(shù)量(corePoolSize)，假定為 3 吧。

「線程池，這是我的一個(gè)任務(wù)，幫我執(zhí)行一下吧」，主線程丟給我任務(wù)后立馬返回，于是我趕緊調(diào)用 execute 方法來處理丟給我的這個(gè)任務(wù)(Runnable)

public interface Executor { 
    void execute(Runnable command); 
} 

由于我誕生后還沒有執(zhí)行過任務(wù)，核心線程一直為 0，于是在這個(gè)方法里我創(chuàng)建了一個(gè)線程作為核心線程。

「線程池，任務(wù)又來了，幫我執(zhí)行一下吧」，又來任務(wù)了!于是我再次調(diào)用了 execute，又創(chuàng)建了一個(gè)核心線程，此時(shí)核心線程數(shù)為 2。

過了一段時(shí)間，第一個(gè)核心線程已經(jīng)執(zhí)行完任務(wù)，空閑出來了，此時(shí)任務(wù)又來了。。。

「線程池，這是我的一個(gè)任務(wù)，幫我執(zhí)行一下吧」主線程摞下一句話后又走了，此時(shí)是 1 個(gè)核心線程在忙碌，一個(gè)核心線程空閑，可能很多人誤以為這里既然有一個(gè)核心線程在空閑，那就把任務(wù)交給這個(gè)線程處理即可，不用再創(chuàng)建核心線程了，但實(shí)際上只要當(dāng)前核心線程數(shù)少于當(dāng)初設(shè)置的 corePoolSize，不管當(dāng)前核心線程是否空閑，我依然會(huì)再創(chuàng)建一個(gè)核心線程，主要是為了保證核心線程盡快達(dá)到我們?cè)O(shè)置的數(shù)量，這樣如果之后有很多任務(wù)涌進(jìn)來，這些已創(chuàng)建好的核心線程就可以馬上準(zhǔn)備好處理這些任務(wù)了，不需要再經(jīng)過創(chuàng)建線程這種耗時(shí)的操作了。

經(jīng)過上面的一番操作，核心線程數(shù)來到了最開始設(shè)置的數(shù)量 3 了。

workQueue

「線程池，任務(wù)又來了，幫我執(zhí)行一下吧」，熟悉的聲音又來了，此時(shí)核心線程已經(jīng)達(dá)到了我們?cè)O(shè)置的數(shù)量 3 個(gè)了，再創(chuàng)建線程當(dāng)然可以，但又要造成一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，開銷比較大，其實(shí)核心線程可能經(jīng)過很短的時(shí)間又能馬上空閑出來了，不如把任務(wù)放到放到一個(gè)隊(duì)列里，讓這些核心線程自己去取。

聰明的你一定發(fā)現(xiàn)了，這就是典型的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，線程池中的線程只要不斷循環(huán)去 workQueue 隊(duì)列獲取任務(wù)即可，為了避免 workQueue 為空線程一直輪詢導(dǎo)致的 CPU 資源被占用的問題，這里的 workQueue 采用了阻塞隊(duì)列，所謂阻塞是指，如果 workQueue 為空，則獲取元素的線程會(huì)等待隊(duì)列變?yōu)榉强眨坏┯行碌娜蝿?wù)入隊(duì)列，會(huì)喚醒等待中的線程。

畫外音：線程等待是指調(diào)用 LockSupport.park 將線程從運(yùn)行態(tài)變?yōu)樽枞麘B(tài)，此時(shí)線程就不占用 CPU 資源了

可是好景不長(zhǎng)， JVM 老大向我反饋出現(xiàn) OOM 問題了，一看問題我就明白了，原來是哪個(gè)新手程序員在創(chuàng)建我的時(shí)候，聲明使用了無界隊(duì)列，導(dǎo)致核心線程無法及時(shí)處理任務(wù)，而任務(wù)又源源不斷地添加進(jìn)了 workQueue 中(即生產(chǎn)任務(wù)速度遠(yuǎn)大于消費(fèi)任務(wù)速度)，導(dǎo)致 workQueue 越來越大，最終產(chǎn)生了 OOM!

解決方式很簡(jiǎn)單，使用有界隊(duì)列即可，這樣當(dāng) workQueue 滿時(shí)就無法添加任務(wù)了，不會(huì)導(dǎo)致 workQueue 無限增大導(dǎo)致 OOM。

畫外音：所謂有界隊(duì)列是指設(shè)定了固定大小的隊(duì)列，當(dāng)隊(duì)列里的元素超過這個(gè)大小后就再也不能往這個(gè)隊(duì)列里塞任務(wù)了，而無界隊(duì)列由于沒有設(shè)置固定大小 ，可以直接入隊(duì)，直到溢出，容易造成 OOM，所以創(chuàng)建線程池時(shí)應(yīng)該盡量使用有界隊(duì)列

maximumPoolSize

將 workQueue 改用有界隊(duì)列后，再也沒出現(xiàn)過 OOM 了，不過由于主線程又源源不斷地丟了一些耗時(shí)的任務(wù)過來，核心線程依然處理不過來，workQueue 很快又滿了，這時(shí)我想起了另一個(gè)參數(shù) maximumPoolSize，這個(gè)參數(shù)定義了我能創(chuàng)建的最大線程數(shù)，當(dāng)其它線程要往隊(duì)列塞任務(wù)，但發(fā)現(xiàn) workQueue 滿時(shí)，由于當(dāng)前在我這的線程還未到達(dá) maximumPoolSize(假設(shè)起初指定為 5)，所以我又創(chuàng)建了線程來處理這個(gè)任務(wù)。

畫外音: 在 workQueue 已滿的條件下，如果當(dāng)前線程池的線程數(shù)量 >= corePoolSize 且 <= maximumPoolSize，后續(xù)如果一直有其它線程丟任務(wù)進(jìn)來，會(huì)一直創(chuàng)建線程，直到 maximumPoolSize。

RejectedExecutionHandler

某天，往我這丟任務(wù)的某個(gè)線程反饋收到異常了，我一看，我靠，workQueue 滿了，線程數(shù)也達(dá)到了 maximumPoolSize，但此時(shí)依然有任務(wù)不斷往 workQueue 中插，但這種情況下已經(jīng)超出了我的處理能力了，只好執(zhí)行默認(rèn)的拒絕策略，拋出 RejectedExecutionException 異常讓其他線程(往我這丟任務(wù)的線程)自己處理。

畫外音：線程池提供了 AbortPolicy，DiscardPolicy，DiscardOldestPolicy，CallerRunsPolicy，自定義這五種拒絕策略，默認(rèn)是 AbortPolicy

keepAliveTime

在線程們的努力之下，workQueue 隊(duì)列中的任務(wù)很快被清空了，很長(zhǎng)一段時(shí)間都沒有任務(wù)進(jìn)來了，線程們很快就無事可做，放著又占用資源，該怎么處理呢?此時(shí)我這有核心線程 3(corePoolSize = 3)， 額外線程 2 (maximumPoolSize 為 5)，

我是這么處理的，如果當(dāng)前線程總數(shù)超過了 corePoolSize，在 keepAliveTime 這個(gè)時(shí)間內(nèi)，如果池子里的線程一直空閑，就把這個(gè)線程給干掉，哪個(gè)線程空閑時(shí)間先到達(dá) keepAliveTime，就干掉哪個(gè)，直到線程數(shù)減少到 corePoolSize。

畫外音：線程池里沒有核心線程和額外線程之分，只是為了講述方便人為劃分了一下，但其實(shí)線程池里的線程都是平等的，任何一個(gè)線程都可以被干掉

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