Java 執行緒池詳解
構造一個執行緒池為什麼需要幾個引數？如果避免執行緒池出現OOM？Runnable和Callable的區別是什麼？本文將對這些問題一一解答，同時還將給出使用執行緒池的常見場景和程式碼片段。
基礎知識
Executors建立執行緒池
Java中建立執行緒池很簡單，只需要呼叫Executors中相應的便捷方法即可，比如Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)，但是便捷不僅隱藏了複雜性，也為我們埋下了潛在的隱患（OOM，執行緒耗盡）。
Executors建立執行緒池便捷方法列表：
方法名功能 newFixedThreadPool(int nThreads)建立固定大小的執行緒池newSingleThreadExecutor()建立只有一個執行緒的執行緒池newCachedThreadPool()建立一個不限執行緒數上限的執行緒池，任何提交的任務都將立即執行
小程式使用這些快捷方法沒什麼問題，對於服務端需要長期執行的程式，建立執行緒池應該直接使用ThreadPoolExecutor的構造方法。沒錯，上述Executors方法建立的執行緒池就是ThreadPoolExecutor。
ThreadPoolExecutor構造方法
Executors中建立執行緒池的快捷方法，實際上是呼叫了ThreadPoolExecutor的構造方法（定時任務使用的是ScheduledThreadPoolExecutor），該類構造方法引數列表如下：
// Java執行緒池的完整建構函式
public ThreadPoolExecutor(
int corePoolSize, // 執行緒池長期維持的執行緒數，即使執行緒處於Idle狀態，也不會回收。
int maximumPoolSize, // 執行緒數的上限
long keepAliveTime, TimeUnit unit, // 超過corePoolSize的執行緒的idle時長，
// 超過這個時間，多餘的執行緒會被回收。
BlockingQueue workQueue, // 任務的排隊佇列
ThreadFactory threadFactory, // 新執行緒的產生方式
RejectedExecutionHandler handler) // 拒絕策略
竟然有7個引數，很無奈，構造一個執行緒池確實需要這麼多引數。這些引數中，比較容易引起問題的有corePoolSize, maximumPoolSize, workQueue以及handler：
corePoolSize和maximumPoolSize設定不當會影響效率，甚至耗盡執行緒；
workQueue設定不當容易導致OOM；
handler設定不當會導致提交任務時丟擲異常。
正確的引數設定方式會在下文給出。
執行緒池的工作順序
If fewer than corePoolSize threads are running, the Executor always prefers adding a new thread rather than queuing.
If corePoolSize or more threads are running, the Executor always prefers queuing a request rather than adding a new thread.
If a request cannot be queued, a new thread is created unless this would exceed maximumPoolSize, in which case, the task will be rejected.
corePoolSize -> 任務佇列 -> maximumPoolSize -> 拒絕策略
Runnable和Callable
可以向執行緒池提交的任務有兩種：Runnable和Callable，二者的區別如下：
方法簽名不同，void Runnable.run(), V Callable.call() throws Exception
是否允許有返回值，Callable允許有返回值
是否允許丟擲異常，Callable允許丟擲異常。
Callable是JDK1.5時加入的介面，作為Runnable的一種補充，允許有返回值，允許丟擲異常。
三種提交任務的方式：
提交方式是否關心返回結果 Future submit(Callable task)是void execute(Runnable command)否Future submit(Runnable task)否，雖然返回Future，但是其get()方法總是返回null
如何正確使用執行緒池
避免使用無界佇列
不要使用Executors.newXXXThreadPool()快捷方法建立執行緒池，因為這種方式會使用無界的任務佇列，為避免OOM，我們應該使用ThreadPoolExecutor的構造方法手動指定佇列的最大長度：
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 2,
0, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(512), // 使用有界佇列，避免OOM
new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
明確拒絕任務時的行為
任務佇列總有佔滿的時候，這是再submit()提交新的任務會怎麼樣呢？RejectedExecutionHandler介面為我們提供了控制方式，介面定義如下：
public interface RejectedExecutionHandler {
void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
}
執行緒池給我們提供了幾種常見的拒絕策略：
拒絕策略拒絕行為 AbortPolicy丟擲RejectedExecutionExceptionDiscardPolicy什麼也不做，直接忽略DiscardOldestPolicy丟棄執行佇列中最老的任務，嘗試為當前提交的任務騰出位置CallerRunsPolicy直接由提交任務者執行這個任務
執行緒池預設的拒絕行為是AbortPolicy，也就是丟擲RejectedExecutionHandler異常，該異常是非受檢異常，很容易忘記捕獲。如果不關心任務被拒絕的事件，可以將拒絕策略設定成DiscardPolicy，這樣多餘的任務會悄悄的被忽略。
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 2,
0, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(512),
new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());// 指定拒絕策略
獲取處理結果和異常
執行緒池的處理結果、以及處理過程中的異常都被包裝到Future中，並在呼叫Future.get()方法時獲取，執行過程中的異常會被包裝成ExecutionException，submit()方法本身不會傳遞結果和任務執行過程中的異常。獲取執行結果的程式碼可以這樣寫：
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
Future future = executorService.submit( new Callable() {
@Override
public Object call() throws Exception {
throw new RuntimeException("exception in call~");// 該異常會在呼叫Future.get()時傳遞給呼叫者
}
});
try {
Object result = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// interrupt
} catch (ExecutionException e) {
// exception in Callable.call()
e.printStackTrace();
}
上述程式碼輸出類似如下：
執行緒池的常用場景
正確構造執行緒池
int poolSize = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2;
BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue<>(512);
RejectedExecutionHandler policy = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();
executorService = new ThreadPoolExecutor(poolSize, poolSize,
0, TimeUnit.SECONDS,
queue,
policy);
獲取單個結果
過submit()向執行緒池提交任務後會返回一個Future，呼叫V Future.get()方法能夠阻塞等待執行結果，V get(long timeout, TimeUnit unit)方法可以指定等待的超時時間。
獲取多個結果
如果向執行緒池提交了多個任務，要獲取這些任務的執行結果，可以依次呼叫Future.get()獲得。但對於這種場景，我們更應該使用ExecutorCompletionService，該類的take()方法總是阻塞等待某一個任務完成，然後返回該任務的Future物件。向CompletionService批量提交任務後，只需呼叫相同次數的CompletionService.take()方法，就能獲取所有任務的執行結果，獲取順序是任意的，取決於任務的完成順序：
void solve(Executor executor, Collection> solvers)
throws InterruptedException, ExecutionException {
CompletionService ecs = new ExecutorCompletionService(executor);// 構造器
for (Callable s : solvers)// 提交所有任務
ecs.submit(s);
int n = solvers.size();
for ( int i = 0; i < n; ++i) {// 獲取每一個完成的任務
Result r = ecs.take().get();
if (r != null )
use(r);
}
}
單個任務的超時時間
V Future.get(long timeout, TimeUnit unit)方法可以指定等待的超時時間，超時未完成會丟擲TimeoutException。
多個任務的超時時間
等待多個任務完成，並設定最大等待時間，可以通過CountDownLatch完成：
public void testLatch(ExecutorService executorService, List tasks)
throws InterruptedException{
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(tasks.size());
for (Runnable r : tasks){
executorService.submit( new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
r.run();
} finally {
latch.countDown();// countDown
}
}
});
}
latch.await(10, TimeUnit.SECONDS); // 指定超時時間
}
執行緒池和裝修公司
以運營一家裝修公司做個比喻。公司在辦公地點等待客戶來提交裝修請求；公司有固定數量的正式工以維持運轉；旺季業務較多時，新來的客戶請求會被排期，比如接單後告訴使用者一個月後才能開始裝修；當排期太多時，為避免使用者等太久，公司會通過某些渠道（比如人才市場、熟人介紹等）僱傭一些臨時工（注意，招聘臨時工是在排期排滿之後）；如果臨時工也忙不過來，公司將決定不再接收新的客戶，直接拒單。
執行緒池就是程式中的“裝修公司”，代勞各種髒活累活。上面的過程對應到執行緒池上：
// Java執行緒池的完整建構函式
public ThreadPoolExecutor(
int corePoolSize, // 正式工數量
int maximumPoolSize, // 工人數量上限，包括正式工和臨時工
long keepAliveTime, TimeUnit unit, // 臨時工遊手好閒的最長時間，超過這個時間將被解僱
BlockingQueue workQueue, // 排期佇列
ThreadFactory threadFactory, // 招人渠道
RejectedExecutionHandler handler) // 拒單方式
總結
Executors為我們提供了構造執行緒池的便捷方法，對於伺服器程式我們應該杜絕使用這些便捷方法，而是直接使用執行緒池ThreadPoolExecutor的構造方法，避免無界佇列可能導致的OOM以及執行緒個數限制不當導致的執行緒數耗盡等問題。ExecutorCompletionService提供了等待所有任務執行結束的有效方式，如果要設定等待的超時時間，則可以通過CountDownLatch完成。
參考
ThreadPoolExecutor API Doc
Java高架構師、分散式架構、高可擴充套件、高效能、高併發、效能優化、Spring boot、Redis、ActiveMQ、Nginx、Mycat、Netty、Jvm大型分散式專案實戰學習架構師視訊免費學習加群：835638062 點選連結加入群聊【Java高階架構】：https://jq.qq.com/?_wv=1027&k=5S3kL3v