線程池之ThreadPoolExecutor
線程池之ThreadPoolExecutor
線程池的工作主要是控制運行的線程的數量，處理過程中將任務放入隊列，然後在線程創建後啟動這些任務，如果線程數量超過了最大數量，那麼超出數量的線程排隊等候，等其他線程執行完畢再從隊列中取出任務來執行。
在開發過程中，合理地使用線程池能夠帶來3個好處：
- 降低資源消耗。通過重複利用已創建的線程降低線程創建和銷毀造成的消耗；
- 提高響應速度。當任務到達時，任務可以不需要等到線程創建就能立即執行；
- 提高線程的可管理性。線程是稀缺資源，如果無限制地創建，不僅會消耗系統資源，還會降低系統的穩定性，使用線程池可以進行統一分配、調優和監控。
1. 線程池實現原理
線程池主要處理流程：
ThreadPoolExecutor執行execute()方法的示意圖：
2. 線程池的使用
2.1 線程池創建
通過ThreadPoolExecutor來創建線程池：
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler)
創建線程池的參數：
1）corePoolSize：線程池的核心線程數，定義了最小可以同時運行的線程數量。
2）maximumPoolSize：線程池的最大線程數。方隊列中存放的任務達到隊列容量時，房前可以同時運行的線程數量變為最大線程數。
3）keepAliveTime：當線程池中的線程數量大於corePoolSize時，如果沒有新任務提交，核心線程外的線程不會立即銷毀，而是會等待，直到等待的時間超過了KeepAliveTime才會被回收銷毀。
4）unit：keepAliveTime參數的時間單位，包括DAYS、HOURS、MINUTES、MILLISECONDS等。
5）workQueue：用於保存等待執行任務的阻塞隊列。可以選擇以下集個阻塞隊列：
- ArrayBlockingQueue：是一個基於數組結構的阻塞隊列，此隊列按FIFO原則對元素進行排序；
- LinkedBlockingQueue：是一個基於鏈表結構的阻塞隊列，此隊列按FIFO排序元素，吞吐量通常高於ArrayBlockingQueue。靜態工廠方法Executors.newFixedThreadPool()使用了這個隊列。
- SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。每個插入操作必須等到另一個線程調用移除操作，否則插入操作一直處於阻塞狀態，吞吐量常高於LinkedBlockingQueue，靜態工廠方法Executors.newCachedThreadPool()使用了這個隊列。
- PriorityBlockingQueue：一個具有優先級的無限阻塞隊列。
6）threadFactory：用於設置創建線程的工廠，可以通過工廠給每個創造出來的線程設置更有意義的名字。使用開源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速給線程池裡的線程設置有意義的名字：
new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build();
7）handler：飽和策略。若當前同時運行的線程數量達到最大線程數量並且隊列已經被放滿，ThreadPoolExecutor定義了一些飽和策略：
- ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：直接拋出RejectedExecutionException異常來拒絕處理新任務；
- ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：只用調用者所在的線程來運行任務，會降低新任務的提交速度，影響程序的整體性能。
- ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：不處理新任務，直接丟棄掉。
- ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄隊列中最近的一個任務，執行當前任務。
2.2 向線程池提交任務
execute()方法用於像線程池提交不需要返回值的任務，所以無法判斷任務是否被線程池執行成功。
executor.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO
}
});
submit()方法用於提交需要返回值的任務。線程池會返回一個future類型的對象，通過這個future對象可以判斷任務是否執行成功，並且可以通過future的get()方法獲取返回值，get()方法會阻塞當前線程直到任務完成，而使用get(long timeout, TimeUnit unit)方法則會阻塞當前線程一段時間後立即返回，這時有可能任務還沒有執行完。
Future<T> future = executor.submit(hasReturnValueTask);
try {
T s = future.get();
} catch (InterruptedExecption | ExecutortionExcception e) {
// 處理異常
e.printStackTrace();
} finally {
// 關閉線程池
executor.shutdown();
}
2.3 關閉線程池
可以使用線程池的shutdown或shutdownNow方法來關閉線程池。其原理在於遍歷線程池中的工作線程，然後逐個調用線程的interrupt方法來中斷線程，所以無法響應中斷的任務可能無法終止。
二者區別在於：shutdownNow方法首先將線程池狀態設置為STOP，然後嘗試停止所有正在執行或暫停任務的線程，並返回等到執行任務的列表，而shutdown只是將線程池的狀態設置為SHUTDOWN狀態，然後中斷所有沒有整在執行任務的線程。
2.4 合理配置線程池
查看當前設備的CPU核數：
Runtime.getRuntime().availableProcessors()
-
CPU密集型任務：任務需要大量的運算，而沒有阻塞，CPU一直全速運行。
CPU密集型任務配置儘可能的少的線程數量。
公式：CPU核數 + 1個線程的線程池。
-
IO密集型任務：任務需要大量的IO，即大量的阻塞。
由於IO密集型任務線程並不是一直在執行任務，可以多分配一點線程數，如CPU核數*2。
公式：CPU核數/（1-阻塞係數），其中阻塞係數在0.8-0.9之間。
