Java线程池

Java的线程池，各个参数的作用，如何进行的?

1.线程池核心参数

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

线程池可以通过ThreadPoolExecutor来创建，我们来看一下它的几个核心参数：

• corePoolSize： 线程池核心线程数最大值
• maximumPoolSize： 线程池最大线程数大小
• keepAliveTime： 线程池中非核心线程空闲的存活时间大小
• unit： 线程空闲存活时间单位
• workQueue： 存放任务的阻塞队列
• threadFactory： 用于设置创建线程的工厂，可以给创建的线程设置有意义的名字，可方便排查问题。
• handler： 线城池的饱和策略事件，主要有四种类型。

核心线程和非核心线程区别：

核心线程： 可闲置 不会被销毁  。（ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性设置为true时，keepAliveTime同样会作用于核心线程）

非核心线程：非核心线程当闲置时间超过 keepAliveTime这个时长，非核心线程就会被回收。

核心线程数就像是工厂正式工，最大线程数，就是工厂临时工作量加大，请了一批临时工，临时工加正式工的和就是最大线程数，等这批任务结束后，临时工要辞退的，而正式工留下。

2.线程池创建流程

• 提交一个任务，如果当前工作中的线程数量少于corePoolSize，就创建新的线程来执行任务。
• 当线程池的工作中的线程数量达到了corePoolSize，新提交的任务，会被放进任务队列workQueue排队等待执行。
• 当线程池里面存活的线程数达到corePoolSize了,并且任务队列workQueue也满，判断线程数是否达到maximumPoolSize，即最大线程数是否已满，如果没到达，创建一个非核心线程执行提交的任务。
• 如果当前的线程数达到了maximumPoolSize，还有新的任务过来的话，直接采用拒绝策略处理。

　　

3.四种拒绝策略

• AbortPolicy(抛出一个异常，默认的)
• DiscardPolicy(直接丢弃任务)
• DiscardOldestPolicy（丢弃队列里最老的任务，将当前这个任务继续提交给线程池）
• CallerRunsPolicy（交给线程池调用所在的线程进行处理)

4. 线程池的作用：

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。

• 提高线程的可管理性：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。

5.线程池中线程的生命周期

设：我们有一个coreSize=10，maxSize=20，keepAliveTime=60s，queue=40
1、池初始化时里面没有任何线程。
2、当有一个任务提交到池就创建第一个线程。
3、若继续提交任务，有空闲线程就调拨空闲线程来处理任务？若没有线程空闲则再新建一个线程来处理，如此直到coreSize。【预热阶段】
4、若继续提交任务，有空闲线程就调拨空闲线程来处理任务，如果没有空闲线程（10个）则将任务缓存到queue中排队等待。
5、若继续提交任务，而已有线程不空闲，且queue也满了，则新建线程，并将最新的任务优先提交给新线程处理。
6、若继续提交任务，且所有线程（20个）仍不空闲，queue也是满的，此时就会触发池的拒绝机制。
8、一旦有任何线程空闲下来就会从queue中消费任务，直到queue中任务被消费完。
9、当总忙碌线程个数不超过coreSize时，闲暇线程休息keepAliveTime过后会被销毁。
10、而池中一直保留coreSize个线程存活。

6.线程池的实现原理

其实java线程池的实现原理很简单，说白了就是一个线程集合workerSet和一个阻塞队列workQueue。当用户向线程池提交一个任务(也就是线程)时，线程池会先将任务放入workQueue中。workerSet中的线程会不断的从workQueue中获取线程然后执行。当workQueue中没有任务的时候，worker就会阻塞，直到队列中有任务了就取出来继续执行

线程池都有哪几种工作队列？

1.线程池的5种工作队列

• ArrayBlockingQueue
• LinkedBlockingQueue
• DelayQueue
• PriorityBlockingQueue
• SynchronousQueue

任务太多的时候，工作队列用于暂时缓存待处理的任务，jdk中常见的5种阻塞队列：

ArrayBlockingQueue（数组阻塞队列）：是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按照先进先出原则对元素进行排序

LinkedBlockingQueue（链表阻塞队列）：是一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按照先进先出排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool使用了这个队列。

DelayQueue（延迟队列）：是一个任务定时周期的延迟执行的队列。根据指定的执行时间从小到大排序，否则根据插入到队列的先后排序。newScheduledThreadPool线程池使用了这个队列。

PriorityBlockingQueue（优先级阻塞队列）：优先级队列，进入队列的元素按照优先级会进行排序。

SynchronousQueue （同步队列）：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另外一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处理阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用这个队列。

几种常见的线程池及使用场景

1. 四种常用的线程池

• newFixedThreadPool (固定数目线程的线程池)
• newCachedThreadPool(可缓存线程的线程池)
• newSingleThreadExecutor(单线程的线程池)
• newScheduledThreadPool(定时及周期执行的线程池)

a.newFixedThreadPool：

• 通俗：创建可容纳固定数量线程的池子，每个线程的存活时间是无限的，当池子满了就不在添加线程了；如果池中的所有线程均在繁忙状态，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
• 适用：FixedThreadPool 适用于处理CPU密集型的任务，确保CPU在长期被工作线程使用的情况下，尽可能的少的分配线程，即适用执行长期的任务。
• 特点：
  • 核心线程数和最大线程数大小一样
  • 没有所谓的非核心线程空闲时间，即keepAliveTime为0
  • 阻塞队列为无界队列LinkedBlockingQueue

　　问：使用无界队列的线程池会导致内存飙升吗？

　　答：会的，newFixedThreadPool使用了无界的阻塞队列LinkedBlockingQueue，如果线程获取一个任务后，任务的执行时间比较长(比如，上面demo设置了10秒)，会导致队列的任务越积越多，导致机器内存使用不停飙升， 最终导致OOM。

b.newCachedThreadPool:

• 通俗：当有新任务到来，则插入到SynchronousQueue中，由于SynchronousQueue是同步队列，因此会在池中寻找可用线程来执行，若有可以线程则执行，若没有可用线程则创建一个线程来执行该任务；若池中线程空闲时间超过指定大小，则该线程会被销毁。
• 适用：执行很多短期异步的小程序或者负载较轻的服务器.（用于并发执行大量短期的小任务。）
• 特点：
  • 核心线程数为0
  • 最大线程数为Integer.MAX_VALUE
  • 阻塞队列是SynchronousQueue
  • 非核心线程空闲存活时间为60秒

c.newSingleThreadExecutor:

• 通俗：创建只有一个线程的线程池，且线程的存活时间是无限的；当该线程正繁忙时，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
• 适用：适用于串行执行任务的场景，一个任务一个任务地执行。
• 特点：
  • 核心线程数为1
  • 最大线程数也为1
  • 阻塞队列是LinkedBlockingQueue
  • keepAliveTime为0

d.newScheduledThreadPool:

• 通俗：创建一个固定大小的线程池，线程池内线程存活时间无限制，线程池可以支持定时及周期性任务执行，如果所有线程均处于繁忙状态，对于新任务会进入DelayedWorkQueue队列中，这是一种按照超时时间排序的队列结构
• 适用：周期性执行任务的场景，需要限制线程数量的场景
• 特点：
  • 最大线程数为Integer.MAX_VALUE
  • 阻塞队列是DelayedWorkQueue
  • keepAliveTime为0
  • scheduleAtFixedRate() ：按某种速率周期执行
  • scheduleWithFixedDelay()：在某个延迟后执行

2.线程池状态：

线程池有这几个状态：RUNNING,SHUTDOWN,STOP,TIDYING,TERMINATED。

RUNNING

• 该状态的线程池会接收新任务，并处理阻塞队列中的任务;
• 调用线程池的shutdown()方法，可以切换到SHUTDOWN状态;
• 调用线程池的shutdownNow()方法，可以切换到STOP状态;

SHUTDOWN

• 该状态的线程池不会接收新任务，但会处理阻塞队列中的任务；
• 队列为空，并且线程池中执行的任务也为空,进入TIDYING状态;

STOP

• 该状态的线程不会接收新任务，也不会处理阻塞队列中的任务，而且会中断正在运行的任务；
• 线程池中执行的任务为空,进入TIDYING状态;

TIDYING

• 该状态表明所有的任务已经运行终止，记录的任务数量为0。
• terminated()执行完毕，进入TERMINATED状态

TERMINATED

• 该状态表示线程池彻底终止

ThreadPoolExecutor的运行状态有5种，分别为：

其生命周期转换如下入所示：

 

 3.线程池ThreadPoolExecutor中定义的生命周期中的状态及相关方法：

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));
private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3; // =29
private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1; // =000 11111...

// runState is stored in the high-order bits
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS; // 111 00000...
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS; // 000 00000...
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS; // 001 00000...
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS; // 010 00000...
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS; // 011 00000...

// 线程池的状态
private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }
// 线程池中工作线程的数量
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }
// 计算ctl的值，等于运行状态“加上”线程数量
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }