线程池

1.线程池

　　1.1 什么是线程池

　　　　java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所以需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。在开发过程中，合理地使用线程池能够带来三个好处：

　　　　　　第一：降低资源消耗：通过复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗；

　　　　　　第二：提高相应程序：当任务达到时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行；

　　　　　　第三：提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制地创建，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分配，调优和监控，但是，要做到合理利用线程池，必须对其实现原理了如指掌；

　　1.2 线程池作用

　　　　线程池是为突然大量爆发的线程设计的，通过有限的几个固定线程为大量的操作服务，减少了创建和销毁线程所需的时间，从而提高效率；

　　　　如果一个线程的时间非常长，就没必要用线程池了（不是不能作长时间操作，而是不宜），况且我们还不能控制线程池中线程的开始，挂起，和中止；

　　1.3线程池的分类

　　　　ThreadPoolExecutor

　　　　　　java是天生就支持并发语言的，支持并发意味着多线程，线程的频繁创建在高并发及大数据量是非常消耗资源的，因为java提供了线程池。在jdk1.5以前的版本，线程池的使用时机器简陋的，但是jdk1.5后，有了很大的改善。jdk1.5之后加入了java.util.concurrent包，java.util.concurrent包的加入给予开发人员并发程序以及解决并发问题很大的帮助。

　　　　　　Executor框架的最顶层实现时ThreadPoolExecutor类，Executor工厂类中提供的newScheduledThreadPool、newFixedThreadPool、newCachedThreadPool方法其实也只是ThreadPoolExecutor的构造函数参数不同而已。通过传入不同的参数，就可以构造出适用于不同应用场景下的线程池，那么它的底层原理是怎样实现的呢，这篇就来介绍下ThreadPoolExecutor线程池的运行过程。

　　　　　　CorePoolSize：核心池的大小。当任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中；　

　　　　　　maximunPoolSize：线程池最大线程数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程；

　　　　　　keepAliveTime：表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止；

　　　　　　unit：参数keepAliveTime的时间单位，有七种取值，在TimeUnit类中有七种静态属性；　　　

2.常见的四种线程池

　　2.1 newCachedThreadPool

　　　　newCachedThreadPool：可缓存线程池，先查看池中有没有以前建立的线程，如果有，就直接使用；如果没有，就创建一个新的线程加入池中，缓存型池通常用于执行一些生存期很短的异步型任务；

package com.wn.threadpool;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class NewCachedThreadPoolTest {
    //无限大侠线程池，JVM自动回收
    public static void main( String[] args ){
        ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i=1;i<=10;i++){
            newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            });
        }
    }

}

　　　　

　　　　线程池为无限大，当执行第二个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程

　　2.2 newFixedThreadPool

　　　　newFixedThreadPool：创建一个可重用固定个数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程；

package com.wn.threadpool;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class NewFixedThreadPoolTest {
    public static void main( String[] args ){
        ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i=0;i<10;i++){
            newFixedThreadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            });
        }
    }
}

　　　　

　　　　因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个结果；

　　　　定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置；

　　2.3 newScheduledThreadPool

　　　　newScheduledThreadPool：创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行

package com.wn.threadpool;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class NewScheduledThreadPoolTest {
    public static void main( String[] args ) {
        ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
        for (int i=0;i<10;i++){
            newScheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName());
                }
            },3, TimeUnit.SECONDS);
        }
    }
}

　　　　

　　　　输出结果时，有延迟时间；

　　2.4 newSingleThreadExecutor

　　　　newSingleThreadExecutor：创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序执行；

package com.wn.threadpool;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class NewSingleThreadExecutorTest {
    public static void main( String[] args ){
        ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i=0;i<10;i++){
            final int index=i;
            newSingleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在被执行，index:"+index);
                    try {
                        Thread.sleep(200);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
}

　　　　

3.线程池原理剖析

　　提交一个任务到线程池中，线程池的处理流程如下：

　　　　1.判断线程池里的核心线程是否都在执行任务，如果不是（核心线程空闲或者还有核心线程没有被创建）则创建一个新的工作线程来执行任务，如果核心线程都在执行任务，则进入下一个阶段；

　　　　2.线程池判断工作队列是否已满，如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列中，如果工作队列满了，则进入下一个阶段；

　　　　3判断线程池里的线程是否都处于工作状态，如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务，如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务；

4.合理配置线程池

　　要想合理的配置线程池，就必须首先分析任务特性，可以从以下几个角度来进行分析：

　　　　任务的性质：CPU密集型任务，IO密集型任务和混合型任务；

　　　　任务的优先级：高，中，低；

　　　　任务的执行时间：长，中，短；

　　　　任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接；

　　　　任务性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理；CPU密集型任务配置尽可能少的线程数量，如配置Ncpu+1和线程的线程池；IO密集型任务则由于需要等待IO操作，线程并不是一直在执行任务，则配置尽可能多的线程，如2*Ncpu；混合型的任务，如果可以拆分，则将其拆分成一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务，只要有两个任务执行的时间相差不是太大，那么分解后执行的吞吐率要高于串行执行的吞吐率，如果这两个任务执行时间相差太大，则没有必要进行分解；我们可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数。

　　　　优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。它可以让优先级高的任务先得到执行，需要注意的是如果一直有优先级高的任务提交到队列里，那么优先级低的任务可能永远不能执行。

　　　　执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理，或者也可以使用优先级队列，让执行时间短的任务先执行。

　　　　依赖数据库连接池的任务，因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果，如果等待的时间越长CPU空闲时间就越长，那么线程数应该设置越大，这样才能更好的利用CPU。

　　　　总结：CPU密集型时，任务可以少配置线程数，大概和机器的cpu核数相当，这样可以使得每个线程都在执行任务

　　　　　　　　IO密集型时，大部分线程都阻塞，故需要多配置线程数，2*cpu核数

　　　　　　　　操作系统之名称解释：

　　　　　　　　　　某些进程花费了绝大多数时间在计算上，而其他则在等待I/O上花费了大多是时间，

　　　　　　　　　　前者称为计算密集型（CPU密集型）computer-bound，后者称为I/O密集型，I/O-bound。