一起了解一下线程池的原理与使用

什么是线程池

线程池，顾名思义就是装线程的池子。其用途是为了帮我们重复管理线程，避免创建大量的线程增加开销，提高响应速度。

为什么要用线程池

作为一个严谨的攻城狮，不会希望别人看到我们的代码就开始吐槽，new Thread().start()会让代码看起来混乱臃肿，并且不好管理和维护，那么我们就需要用到了线程池。

在编程中经常会使用线程来异步处理任务，但是每个线程的创建和销毁都需要一定的开销。如果每次执行一个任务都需要开一个新线程去执行，则这些线程的创建和销毁将消耗大量的资源；并且线程都是“各自为政”的，很难对其进行控制，更何况有一堆的线程在执行。线程池为我们做的，就是线程创建之后为我们保留，当我们需要的时候直接拿来用，省去了重复创建销毁的过程。

线程池的处理逻辑

线程池ThreadPoolExecutor构造函数

//五个参数的构造函数publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue)

//六个参数的构造函数-1

publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, ThreadFactory threadFactory)

//六个参数的构造函数-2

publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, RejectedExecutionHandler handler)

//七个参数的构造函数publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,intmaximumPoolSize,longkeepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)

1.corePoolSize -> 该线程池中核心线程数最大值

核心线程：在创建完线程池之后，核心线程先不创建，在接到任务之后创建核心线程。并且会一直存在于线程池中（即使这个线程啥都不干），有任务要执行时，如果核心线程没有被占用，会优先用核心线程执行任务。数量一般情况下设置为CPU核数的二倍即可。

2.maximumPoolSize -> 该线程池中线程总数最大值

线程总数=核心线程数+非核心线程数

非核心线程：简单理解，即核心线程都被占用，但还有任务要做，就创建非核心线程

3.keepAliveTime -> 非核心线程闲置超时时长

这个参数可以理解为，任务少，但池中线程多，非核心线程不能白养着，超过这个时间不工作的就会被干掉，但是核心线程会保留。

4.TimeUnit -> keepAliveTime的单位

TimeUnit是一个枚举类型，其包括:

NANOSECONDS ： 1微毫秒 = 1微秒 / 1000

MICROSECONDS ： 1微秒 = 1毫秒 / 1000

MILLISECONDS ： 1毫秒 = 1秒 /1000

SECONDS ：秒

MINUTES ：分

HOURS ：小时

DAYS ：天

5.BlockingQueue workQueue -> 线程池中的任务队列

默认情况下，任务进来之后先分配给核心线程执行，核心线程如果都被占用，并不会立刻开启非核心线程执行任务，而是将任务插入任务队列等待执行，核心线程会从任务队列取任务来执行，任务队列可以设置最大值，一旦插入的任务足够多，达到最大值，才会创建非核心线程执行任务。

常见的workQueue有四种：

1.SynchronousQueue：这个队列接收到任务的时候，会直接提交给线程处理，而不保留它，如果所有线程都在工作怎么办？那就新建一个线程来处理这个任务！所以为了保证不出现<线程数达到了maximumPoolSize而不能新建线程>的错误，使用这个类型队列的时候，maximumPoolSize一般指定成Integer.MAX_VALUE，即无限大

2.LinkedBlockingQueue：这个队列接收到任务的时候，如果当前已经创建的核心线程数小于线程池的核心线程数上限，则新建线程(核心线程)处理任务；如果当前已经创建的核心线程数等于核心线程数上限，则进入队列等待。由于这个队列没有最大值限制，即所有超过核心线程数的任务都将被添加到队列中，这也就导致了maximumPoolSize的设定失效，因为总线程数永远不会超过corePoolSize

3.ArrayBlockingQueue：可以限定队列的长度，接收到任务的时候，如果没有达到corePoolSize的值，则新建线程(核心线程)执行任务，如果达到了，则入队等候，如果队列已满，则新建线程(非核心线程)执行任务，又如果总线程数到了maximumPoolSize，并且队列也满了，则发生错误，或是执行实现定义好的饱和策略

4.DelayQueue：队列内元素必须实现Delayed接口，这就意味着你传进去的任务必须先实现Delayed接口。这个队列接收到任务时，首先先入队，只有达到了指定的延时时间，才会执行任务

6.ThreadFactory threadFactory -> 创建线程的工厂

可以用线程工厂给每个创建出来的线程设置名字。一般情况下无须设置该参数。

7.RejectedExecutionHandler handler -> 饱和策略

这是当任务队列和线程池都满了时所采取的应对策略，默认是AbordPolicy，表示无法处理新任务，并抛出 RejectedExecutionException 异常。此外还有3种策略，它们分别如下。

（1）CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来处理任务。此策略提供简单的反馈控制机制，能够减缓新任务的提交速度。

（2）DiscardPolicy：不能执行的任务，并将该任务删除。

（3）DiscardOldestPolicy：丢弃队列最近的任务，并执行当前的任务。

如何使用线程池

说了半天原理，接下来就要用了，java为我们提供了4种线程池FixedThreadPool、CachedThreadPool、SingleThreadExecutor、ScheduledThreadPool，几乎可以满足我们大部分的需要了：

1.FixedThreadPool

可重用固定线程数的线程池，超出的线程会在队列中等待，在Executors类中我们可以找到创建方式：

publicstaticExecutorServicenewFixedThreadPool(intnThreads){returnnewThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,newLinkedBlockingQueue()); }

FixedThreadPool的corePoolSize和maximumPoolSize都设置为参数nThreads，也就是只有固定数量的核心线程，不存在非核心线程。keepAliveTime为0L表示多余的线程立刻终止，因为不会产生多余的线程，所以这个参数是无效的。FixedThreadPool的任务队列采用的是LinkedBlockingQueue。

创建线程池的方法，在我们的程序中只需要，后面其他种类的同理：

publicstaticvoidmain(String[] args){// 参数是要线程池的线程最大值ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

}

2.CachedThreadPool

CachedThreadPool是一个根据需要创建线程的线程池

publicstaticExecutorServicenewCachedThreadPool(){returnnewThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,newSynchronousQueue()); }

CachedThreadPool的corePoolSize是0，maximumPoolSize是Int的最大值，也就是说CachedThreadPool没有核心线程，全部都是非核心线程，并且没有上限。keepAliveTime是60秒，就是说空闲线程等待新任务60秒，超时则销毁。此处用到的队列是阻塞队列SynchronousQueue,这个队列没有缓冲区，所以其中最多只能存在一个元素,有新的任务则阻塞等待。

3.SingleThreadExecutor

SingleThreadExecutor是使用单个线程工作的线程池。其创建源码如下：

publicstaticExecutorServicenewSingleThreadExecutor(){returnnewFinalizableDelegatedExecutorService (newThreadPoolExecutor(1,1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,newLinkedBlockingQueue())); }

我们可以看到总线程数和核心线程数都是1，所以就只有一个核心线程。该线程池才用链表阻塞队列LinkedBlockingQueue，先进先出原则，所以保证了任务的按顺序逐一进行。

4.ScheduledThreadPool

ScheduledThreadPool是一个能实现定时和周期性任务的线程池，它的创建源码如下：

publicstaticScheduledExecutorServicenewScheduledThreadPool(intcorePoolSize){returnnewScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize); }

这里创建了ScheduledThreadPoolExecutor，继承自ThreadPoolExecutor，主要用于定时延时或者定期处理任务。ScheduledThreadPoolExecutor的构造如下：

publicScheduledThreadPoolExecutor(intcorePoolSize){super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,newDelayedWorkQueue()); }

可以看出corePoolSize是传进来的固定值，maximumPoolSize无限大，因为采用的队列DelayedWorkQueue是无解的，所以maximumPoolSize参数无效。

当执行scheduleAtFixedRate或者scheduleWithFixedDelay方法时，会向DelayedWorkQueue添加一个实现RunnableScheduledFuture接口的ScheduledFutureTask(任务的包装类)，并会检查运行的线程是否达到corePoolSize。如果没有则新建线程并启动ScheduledFutureTask，然后去执行任务。如果运行的线程达到了corePoolSize时，则将任务添加到DelayedWorkQueue中。DelayedWorkQueue会将任务进行排序，先要执行的任务会放在队列的前面。在跟此前介绍的线程池不同的是，当执行完任务后，会将ScheduledFutureTask中的time变量改为下次要执行的时间并放回到DelayedWorkQueue中。

如何合理配置线程池的大小

一般需要根据任务的类型来配置线程池大小：

如果是CPU密集型任务，就需要尽量压榨CPU，参考值可以设为 NCPU+1

如果是IO密集型任务，参考值可以设置为2*NCPU

当然，这只是一个参考值，具体的设置还需要根据实际情况进行调整，比如可以先将线程池大小设置为参考值，再观察任务运行情况和系统负载、资源利用率来进行适当调整。

实现一个ThreadManager的线程池管理类：

public class ThreadManager {

// 定义两个池子，mNormalPool 访问网络用的，mDownloadPool 是下载用的

private static ThreadPoolProxy mNormalPool = new ThreadPoolProxy(1, 3, 5 * 1000);//param 0 最大线程数，param 1 核心线程数

private static ThreadPoolProxy mDownloadPool = new ThreadPoolProxy(3, 3, 5 * 1000);

// proxy 是代理的意思

// 定义两个get方法，获得两个池子的对象，直接get 获得到的是代理对象

public static ThreadPoolProxy getNormalPool() {

return mNormalPool;

}

public static ThreadPoolProxy getDownloadPool() {

return mDownloadPool;

}

// 代理设计模式类似一个中介，所以在中介这里有我们真正想获取的对象

// 所以要先获取代理，再获取这个线程池

public static class ThreadPoolProxy {

private final int mCorePoolSize; // 核心线程数

private final int mMaximumPoolSize; // 最大线程数

private final long mKeepAliveTime; // 所有任务执行完毕后普通线程回收的时间间隔

private ThreadPoolExecutor mPool; // 代理对象内部保存的是原来类的对象

// 赋值

public ThreadPoolProxy(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime) {

this.mCorePoolSize = corePoolSize;

this.mMaximumPoolSize = maximumPoolSize;

this.mKeepAliveTime = keepAliveTime;

}

private void initPool() {

if (mPool == null || mPool.isShutdown()) {

// int corePoolSize = 1;//核心线程池大小

// int maximumPoolSize = 3;//最大线程池大小

// long keepAliveTime = 5 * 1000;//保持存活的时间

TimeUnit unit = TimeUnit.MILLISECONDS;//单位

BlockingQueue workQueue =null;//阻塞队列

workQueue =new ArrayBlockingQueue(3);//FIFO,大小有限制，为3个

//workQueue = new LinkedBlockingQueue(); //队列类型为linked，其大小不定，无限大小

// workQueue = new PriorityBlockingQueue();

ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();//线程工厂

RejectedExecutionHandler handler =null;//异常捕获器

// handler = new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy();//去掉队列中首个任务，将新加入的放到队列中去

// handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy();//触发异常

handler =new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();//不做任何处理

// handler = new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy();//直接执行，不归线程池控制,在调用线程中执行

// new Thread(task).start();

// 创建线程池

mPool =new ThreadPoolExecutor(mCorePoolSize,

mMaximumPoolSize,

mKeepAliveTime,

unit,

workQueue,

threadFactory,

handler);

}

/**

* 执行任务

* @param task

public void execute(Runnable task) {

initPool();

//执行任务

mPool.execute(task);

}

// 提交任务

public Future submit(Runnable task) {

initPool();

return mPool.submit(task);

}

// 取消任务

public void remove(Runnable task) {

if (mPool != null && !mPool.isShutdown()) {

mPool.getQueue()

.remove(task);

}

END