Concurrency-线程池

在并发过程中，合理使用线程池带来3个好处：

1. 降低资源消耗 通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁的消耗。
2. 提高响应速度 当任务到达时，任务可以不需要等线程创建就能立即执行。
3. 提高线程的可管理性 使用线程池可以对线程进行统一分配、调优和管控。

线程池实现原理

当提交一个新任务到线程池时，线程池的处理流程：

线程池的主要处理流程.png

1. 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是，创建一个新的工作线程来执行任务；如果不是，进入下一流程。
2. 线程池判断工作队列是否已满。如果不满，则将新任务放到工作队列中；如果满了，进入下一流程。
3. 线程池判断线程池是否都处于工作状态。如果不是，创建一个新的工作线程来执行任务；如果不是，执行饱和策略。

ThreadPoolExecutor执行过程

ThreadPoolExecutor执行任务示意图.png

ThreadPoolExecutor执行execute方法分下面4种情况：

1. 如果当前运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务（执行这一步骤需要获取全局锁）。
2. 如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue。
3. 如果无法将任务加入BlockingQueue（队列已满），则创建新的线程来处理任务（执行这一步骤需要获取全局锁）。
4. 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。

ThreadPoolExecutor执行任务：

线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程worker，worker执行完任务后会循环从工作队列中获取任务来执行。

（此处应有图）

ThreadPoolExecutor创建

public ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,       // 核心线程数，初始化的线程数
    int maximumPoolSize,    // 最大线程数
    long keepAliveTime,     // 空闲线程最大存活时间
    TimeUnit unit,          // 单位
    BlockingQueue<Runnable> workQueue,  // 任务队列
    ThreadFactory threadFactory,        // 用于设置创建线程的工厂
    RejectedExecutionHandler handler    // 拒绝任务时的操作(拒绝策略)
)

corePoolSize

线程池核心线程数大小。

IO密集型：
CPU密集型：

runnableTaskQueue 任务队列

用于保存等待执行的任务的阻塞队列：

1. ArrayBlockingQueue 基于数组结构的有界阻塞队列
2. LinkedBlockingQueue 基于链表结构的阻塞队列，吞吐量通常高于ArrayBlockingQueue
3. SynchronizedQueue 一个不存储元素的阻塞队列，插入操作会被阻塞直到元素被移除，吞吐量通常高于LinkedBlockingQueue
4. PriorityBlockingQueue 一个具有优先级的无界阻塞队列

maximumPoolSize

线程池最大数量。如果使用了无界队列这个参数就没有效果。

ThreadFactory

用于设置创建线程的工厂，使用guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线程设置有意义的名字：

new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build();

RejectedExecutionHandler

饱和策略。当队列和线程池都满了，需要采取一种饱和策略来处理新提交的任务：

1. AbortPolicy 直接抛出异常。默认策略。
2. CallerRunsPolicy 调用者所在线程来运行任务。
3. DiscardOldestPolicy 丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
4. DiscardPolicy 不处理任务，直接丢弃。

也可以实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。比如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

keepAliveTime

TimeUnit

向线程池提交任务

execute

没有返回值

submit

有返回值。通过返回future对象的get()获取线程的执行结果。get()会一直阻塞直到任务完成。

线程池监控

通过扩展线程池进行监控。继承线程池重写beforeExecute、afterExecute、terminated方法来实现监控。

一般监控使用的属性：

1. taskCount 线程池需要执行的任务数量
2. completedTaskCount 线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount
3. largePoolSize 线程池里曾经创建过的最大线程数量。如果等于线程池的最大大小，说明线程池满过。
4. getPoolSize 线程池的线程数量。
5. getActiveCount 获取活动的线程数。

ExecutorService

ExecutorService是Java中对线程池的一种实现。ExecutorService接口的实现类有两个：

1. ThreadPoolExecutor
2. ScheduledExecutorService

ExecutorService创建

ExecutorService可以通过Executors框架快速创建4种线程池：

1. newFixedThreadPool 创建一个固定长度的线程池，每提交一个任务就创建一个线程，直到达到线程池的最大数量，这时线程池的规模不再变化；默认使用无界队列LinkedBlockingQueue。
2. newCachedThreadPool 创建一个可缓存的线程池，如果线程池的当前规模超过了处理请求时，线程池将会回收空闲线程，而当需求增加时，可以添加新的线程，线程池规模不受限制；默认使用SynchronizedQueue。
3. newScheduledThreadPool
4. newSingleThreadPool

ExecutorService关闭

1. shutdown 执行shutdown之后不会立即关闭线程池，但是不会再接收新任务，直到线程池所有任务都执行完毕才会关闭，在调用之前提交的任务都会被执行。
2. shutdownNow 线程池不接受新任务，但不对已经执行的任务做限制。