Java 并發之線程池
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線程池的作用
池化技術是一種很常見的計算機技術，主要是為了復用和提高性能，如內存池、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：線程的頻繁創建和銷毀會產生的很大的系統開銷，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，避免在生產環境中大量的創建線程。
- 解耦：只暴露提交任務的接口，將線程池的創建、銷毀等工作與業務解耦。
JDK 在并發包中為我們定義了一套 Executor 框架，幫助開發人員有效地進行線程控制，有基礎的線程池類、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。
線程池的參數說明
- ThreaPoolExecutor(
- int corePoolSize,
- long keepAliveTime,
- TimeUnit unit,
- BlockingQueue<Runnable> workQueue,
- ThreadFactory threadFactory,
- RejectedExecutionHandler handler)
- )
ThreaPoolExecutor 參數的含義如下
- corePoolSize: 線程池中核心線程的數量。
- maximumPoolSize: 線程池中的最大線程數量。
- keepAliveTime: 當線程池數量超過 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，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行的任務。
- threadFactory: 線程工廠，用于創建線程，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建，它是一個接口只有 Thread newThread(Runnable r) 方法，用來創建線程。雖然創建 ThreadPoolExecutor 的時候可以不指定該參數，但是阿里巴巴編碼規約建議最好指定該參數，有以下幾個好處：
- 跟蹤線程池在何時、創建了多少線程。
- 可以自定義線程池的名稱、組以及優先級等信息。
- 設置線程的其他狀態等，如守護進程。
2. 拒絕策略：RejectedExecutionHandler
當線程池線程數量達到 maxPoolSize 大小時，再提交新的任務會執行拒絕策略，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行。
- DiscardOldestPolicy 丟棄最老的一個請求，即隊列頭部的即將被執行的任務，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 并實現方法即可。
線程池的調度邏輯
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小于 corePoolSize (無論是否有空閑線程)，創建新的線程(謂之核心線程)來處理。
- 如果線程池中的線程數已經大于或者 corePoolSize ，新提交的任務將被放置到等候隊列中，等待調度。
- 如果等待隊列已滿，并且線程池中的線程數量小于 maxPoolSize，將繼續創建新線程處理任務。
- 如果隊列已滿且線程數量也達到了上限，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執行完，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 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，他們的轉換關系如下圖，并且這些轉換時不可逆的。
1. RUNNING
該狀態是線程池的工作狀態，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，即線程創建成功后就處理此狀態。
2. SHUTDOWN
關閉狀態，線程池不再接受新的任務，但是能繼續處理提交到線程池中的任務。線程狀態 RUNNING 的情況下調用 shutdown() 方法進入該狀態。
3. STOP
停止狀態，線程池不接受新的任務，也不處理阻塞隊列中的任務，同時會中斷正在執行任務的線程。在線程處于 RUNNING 或者 SHUTDOWN 狀態下調用 shutdownNow() 方法進入該狀態。
4. TIDYING
所有任務都銷毀了，workCount 為 0，會自動從 RUNNING 或者 STOP 狀態轉化為 TIDYING 狀態。在轉換過程中會調用 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 狀態下，阻塞隊列為空并且執行任務為空時轉換為 TIDYING 狀態;線程池在 STOP 狀態下，執行的任務為空時轉換為 TIDYING 狀態。
5. TERMINATED
結束狀態，線程池的最終狀態，該狀態的線程池不會再有任何操作。線程池執行 terminated() 方法后處于該狀態。
JDK 四種線程池
了解 ThreaPoolExecutor 的基本原理后再來看看 JDK 在 Executors 中為開發人員定義的四個線程池工廠方法，其實它們內部調用的是 ThreaPoolExecutor，只是使用了不同的參數，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量的線程，提交任務時如果線程池中有空閑線程，則立即執行，沒有則新的任務會被緩存在一個任務隊列中，它創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實際情況調整線程數的線程池，它的核心線程數為 0 ，線程總數為 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());
- }
