Java線程池 詳解（圖解）
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前言
Java中的線程池十分重要，無論是在實際應用中還是應對面試
一、線程池原理
1.1 使用線程池的好處
第一：降低資源消耗。通過重復利用已創建的線程降低線程創建和銷毀造成的消耗。
第二：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。
第三：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。
1.2 線程池的實現原理
當向線程池提交任務後，線程池會按下圖所示流程去處理這個任務
1）線程池判斷核心線程池裏的線程是否都在執行任務。如果不是，則創建一個新的工作線程來執行任務。如果核心線程池裏的線程都在執行任務，則進入下個流程。
2）線程池判斷工作隊列是否已經滿。如果工作隊列沒有滿，則將新提交的任務存儲在這個工作隊列裏。如果工作隊列滿了，則進入下個流程。
3）線程池判斷線程池的線程是否都處於工作狀態。如果沒有，則創建一個新的工作線程來執行任務。如果已經滿了，則交給飽和策略來處理這個任務。
對應到代碼層面就是ThreadPoolExecutor執行execute()方法。如下圖所示：
1）如果當前運行的線程少於corePoolSize，則創建新線程來執行任務（註意，執行這一步驟需要獲取全局鎖）。
2）如果運行的線程等於或多於corePoolSize，則將任務加入BlockingQueue。
3）如果無法將任務加入BlockingQueue（隊列已滿），則創建新的線程來處理任務（註意，執行這一步驟需要獲取全局鎖）。
4）如果創建新線程將使當前運行的線程超出maximumPoolSize，任務將被拒絕，並調用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。根據不同的拒絕策略去處理。
ThreadPoolExecutor采取上述步驟的總體設計思路，是為了在執行execute()方法時，盡可能地避免獲取全局鎖（那將會是一個嚴重的可伸縮瓶頸）。
在ThreadPoolExecutor完成預熱之後（當前運行的線程數大於等於corePoolSize），幾乎所有的execute()方法調用都是執行步驟2，而步驟2不需要獲取全局鎖。
二、線程池的使用
2.1 創建線程池
我們可以通過ThreadPoolExecutor構造方法來創建一個線程池。
public ThreadPoolExecutor(
int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler){
}
介紹一下這幾個參數：
1）corePoolSize（線程池的基本大小）：當提交一個任務到線程池時，如果當前poolSize<corePoolSize時，線程池會創建一個線程來執行任務，即使其他空閑的基本線程能夠執行新任務也會創建線程，等到需要執行的任務數大於線程池基本大小時就不再創建。如果調用了線程池的prestartAllCoreThreads()方法，線程池會提前創建並啟動所有基本線程。
2）maximumPoolSize（線程池最大數量）：線程池允許創建的最大線程數。如果隊列滿了，並且已創建的線程數小於最大線程數，則線程池會再創建新的線程執行任務。值得註意的是，如果使用了無界的任務隊列這個參數就沒什麽效果。
3）keepAliveTime（線程活動保持時間）：線程池的工作線程空閑後，保持存活的時間。所以，如果任務很多，並且每個任務執行的時間比較短，可以調大時間，提高線程的利用率。
4）TimeUnit（線程活動保持時間的單位）：可選的單位有天（DAYS）、小時（HOURS）、分鐘（MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微秒（MICROSECONDS，千分之一毫秒）和納秒（NANOSECONDS，千分之一微秒）。
5）runnableTaskQueue（任務隊列）：用於保存等待執行的任務的阻塞隊列。可以選擇以下幾個阻塞隊列。
-
ArrayBlockingQueue：是一個基於數組結構的有界阻塞隊列，此隊列按FIFO（先進先出）原則對元素進行排序。
-
LinkedBlockingQueue：一個基於鏈表結構的阻塞隊列，此隊列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高於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，吞吐量通常要高於Linked-BlockingQueue，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，可以通過線程工廠給每個創建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可以快速給線程池裏的線
程設置有意義的名字，代碼如下。
new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build();
7）RejectedExecutionHandler（飽和策略）：當隊列和線程池都滿了，說明線程池處於飽和狀態，那麽必須采取一種策略處理提交的新任務。這個策略默認情況下是AbortPolicy，表示無法處理新任務時拋出異常。在JDK 1.5中Java線程池框架提供了以下4種策略。
-
AbortPolicy：直接拋出異常。
-
CallerRunsPolicy：只用調用者所在線程來運行任務。
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DiscardOldestPolicy：丟棄隊列裏最近的一個任務，並執行當前任務。
-
DiscardPolicy：不處理，丟棄掉。
當然，也可以根據應用場景需要來實現RejectedExecutionHandler接口自定義策略。如記錄日誌或持久化存儲不能處理的任務。
2.2 向線程池提交任務
可以使用兩個方法向線程池提交任務，分別為execute()和submit()方法。這兩個方法的區別就是，execute()用於提交不需要返回值的任務，submit()方法用於提交需要返回值的任務。
execute方法：
execute()方法用於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。通過以下代碼可知execute()方法輸入的任務是一個Runnable類的實例。
threadsPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// TODO Auto-generated method stub
}
});
submit方法：
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()方法來獲取返回值，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，這時候有可能任務沒有執行完。
Future<Object> future = executor.submit(haveReturnValuetask);
try {
Object s = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// 處理中斷異常
} catch (ExecutionException e) {
// 處理無法執行任務異常
} finally {
// 關閉線程池
executor.shutdown();
}
2.3 關閉線程池
可以通過調用線程池的shutdown或shutdownNow方法來關閉線程池。它們的原理是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永遠無法終止。
但是它們存在一定的區別，shutdownNow首先將線程池的狀態設置成STOP，然後嘗試停止所有的正在執行或暫停任務的線程，並返回等待執行任務的列表，而shutdown只是將線程池的狀態設置成SHUTDOWN狀態，然後中斷所有沒有正在執行任務的線程。
只要調用了這兩個關閉方法中的任意一個，isShutdown方法就會返回true。當所有的任務都已關閉後，才表示線程池關閉成功，這時調用isTerminaed方法會返回true。
至於應該調用哪一種方法來關閉線程池，應該由提交到線程池的任務特性決定，通常調shutdown方法來關閉線程池，如果任務不一定要執行完，則可以調用shutdownNow方法。
2.4 實例Demo
（1）首先構造一個線程池，用ArrayBlockingQueue作為其等待隊列，隊列初始化容量為1。該線程池核心容量為 10，最大容量為20，線程存活時間為1分鐘。
static BlockingQueue blockingQueue=new ArrayBlockingQueue<>(1);
static ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor=new ThreadPoolExecutor(10, 20, 1, TimeUnit.MINUTES, blockingQueue);
（2）另外構造了一個實現Runable接口的類TaskBusyWithoutResult類，其模擬一個繁忙的任務：
static class TaskBusyWithoutResult implements Runnable
{
public TaskBusyWithoutResult()
{
}
@Override
public void run()
{
System.out.println("線程"+Thread.currentThread()+"開始運行");
int i=10000*10000;
while(i>0)
{
i--;
}
System.out.println("線程"+Thread.currentThread()+"運行結束");
}
}
（3）向線程池提交20個任務，執行任務
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
Runnable runnable = new TaskBusyWithoutResult();
threadPoolExecutor.submit(runnable);
}
}
Java線程池 詳解（圖解）