一 简单介绍

线程的使用在java中占有极其重要的地位，在jdk1.4极其之前的jdk版本号中，关于线程池的使用是极其简陋的。在jdk1.5之后这一情况有了非常大的改观。Jdk1.5之后添�了java.util.concurrent包，这个包中主要介绍java中线程以及线程池的使用。为我们在开发中处理线程的问题提供了非常大的帮助。

二：线程池

线程池的作用：

线程池作用就是限制系统中运行线程的数量。
     依据系统的环境情况，能够自己主动或手动设置线程数量，达到执行的最佳效果；少了浪费了系统资源，多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量，其它线程排队等候。一个任务执行完成，再从队列的中取最前面的任务開始执行。若队列中没有等待进程，线程池的这一资源处于等待。当一个新任务须要执行时，假设线程池中有等待的工作线程，就能够開始执行了；否则进入等待队列。

为什么要用线程池:

1.降低了创建和销毁线程的次数，每一个工作线程都能够被反复利用，可运行多个任务。

2.能够依据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止由于消耗过多的内存，而把server累趴下(每一个线程须要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

Java里面线程池的顶级接口是Executor，可是严格意义上讲Executor并非一个线程池，而仅仅是一个运行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

比較重要的几个类：

ExecutorService	真正的线程池接口。
ScheduledExecutorService	能和Timer/TimerTask类似，解决那些须要任务反复运行的问题。
ThreadPoolExecutor	ExecutorService的默认实现。
ScheduledThreadPoolExecutor	继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。

要配置一个线程池是比較复杂的，尤其是对于线程池的原理不是非常清楚的情况下，非常有可能配置的线程池不是较优的，因此在Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些经常使用的线程池。

1. newSingleThreadExecutor

创建一个单线程的线程池。这个线程池仅仅有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行运行全部任务。假设这个唯一的线程由于异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证全部任务的运行顺序依照任务的提交顺序运行。

2. newFixedThreadPool

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，假设某个线程由于运行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

3. newCachedThreadPool

创建一个可缓存的线程池。假设线程池的大小超过了处理任务所须要的线程，

那么就会回收部分空暇（60秒不运行任务）的线程，当任务数添加�时，此线程池又可以智能的加入�新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小全然依赖于操作系统（或者说JVM）可以创建的最大线程大小。

4. newScheduledThreadPool

创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性运行任务的需求。

实例

1：newSingleThreadExecutor

MyThread.java

public class MyThread extends Thread {      @Override      public void run() {          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + “正在运行。。。“);      } }

TestSingleThreadExecutor.java

public class TestSingleThreadExecutor {      public static void main(String[] args) {          // 创建一个可重用固定线程数的线程池          ExecutorService pool = Executors. newSingleThreadExecutor();          // 创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口          Thread t1 = new MyThread();          Thread t2 = new MyThread();          Thread t3 = new MyThread();          Thread t4 = new MyThread();          Thread t5 = new MyThread();          // 将线程放入池中进行运行          pool.execute(t1);          pool.execute(t2);          pool.execute(t3);          pool.execute(t4);          pool.execute(t5);          // 关闭线程池          pool.shutdown();      } }

输出结果

pool-1-thread-1正在运行。。。 pool-1-thread-1正在运行。。。 pool-1-thread-1正在运行。。。 pool-1-thread-1正在运行。。。 pool-1-thread-1正在运行。。。

2 newFixedThreadPool

TestFixedThreadPool.Java

public class TestFixedThreadPool {      public static void main(String[] args) {          // 创建一个可重用固定线程数的线程池          ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);          // 创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口          Thread t1 = new MyThread();          Thread t2 = new MyThread();          Thread t3 = new MyThread();          Thread t4 = new MyThread();          Thread t5 = new MyThread();          // 将线程放入池中进行运行          pool.execute(t1);          pool.execute(t2);          pool.execute(t3);          pool.execute(t4);          pool.execute(t5);          // 关闭线程池          pool.shutdown();      } }

输出结果

pool-1-thread-1正在运行。。。 pool-1-thread-2正在运行。。。 pool-1-thread-1正在运行。。。 pool-1-thread-2正在运行。。。 pool-1-thread-1正在运行。。。

3 newCachedThreadPool

TestCachedThreadPool.java

public class TestCachedThreadPool {      public static void main(String[] args) {          // 创建一个可重用固定线程数的线程池          ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();          // 创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口          Thread t1 = new MyThread();          Thread t2 = new MyThread();          Thread t3 = new MyThread();          Thread t4 = new MyThread();          Thread t5 = new MyThread();          // 将线程放入池中进行运行          pool.execute(t1);          pool.execute(t2);          pool.execute(t3);          pool.execute(t4);          pool.execute(t5);          // 关闭线程池          pool.shutdown();      } }

输出结果：

pool-1-thread-2正在运行。。。 pool-1-thread-4正在运行。。。 pool-1-thread-3正在运行。。。 pool-1-thread-1正在运行。。。 pool-1-thread-5正在运行。。。

4 newScheduledThreadPool

TestScheduledThreadPoolExecutor.java

public class TestScheduledThreadPoolExecutor {      public static void main(String[] args) {          ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);          exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {// 每隔一段时间就触发异常                        @Override                        public void run() {                             //throw new RuntimeException();                             System.out.println(“================”);                        }                    }, 1000, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);          exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {// 每隔一段时间打印系统时间，证明两者是互不影响的                        @Override                        public void run() {                             System.out.println(System.nanoTime());                        }                    }, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);      } }

输出结果

================ 8384644549516 8386643829034 8388643830710 ================ 8390643851383 8392643879319 8400643939383

三：ThreadPoolExecutor具体解释

ThreadPoolExecutor的完整构造方法的签名是：ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) .

corePoolSize – 池中所保存的线程数，包含空暇线程。

maximumPoolSize – 池中同意的最大线程数。

keepAliveTime – 当线程数大于核心时，此为终止前多余的空暇线程等待新任务的最长时间。

unit – keepAliveTime 參数的时间单位。

workQueue – 运行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由 execute 方法提交的 Runnable 任务。

threadFactory – 运行程序创建新线程时使用的工厂。

handler – 因为超出线程范围和队列容量而使运行被堵塞时所使用的处理程序。

ThreadPoolExecutor是Executors类的底层实现。

在JDK帮助文档中，有如此一段话：

“强烈建议程序猿使用较为方便的 Executors 工厂方法 Executors.newCachedThreadPool()（无界线程池，能够进行自己主动线程回收）、Executors.newFixedThreadPool(int)（固定大小线程池）Executors.newSingleThreadExecutor()（单个后台线程）

它们均为大多数使用场景提前定义了设置。”

以下介绍一下几个类的源代码：

ExecutorService   newFixedThreadPool (int nThreads):固定大小线程池。

能够看到，corePoolSize和maximumPoolSize的大小是一样的（实际上，后面会介绍，假设使用无界queue的话maximumPoolSize參数是没有意义的），keepAliveTime和unit的设值表名什么？-就是该实现不想keep alive！最后的BlockingQueue选择了LinkedBlockingQueue，该queue有一个特点，他是无界的。

1.   public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {    2.           return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,    3.                                         0L, TimeUnit.MILLISECONDS,    4.                                         new LinkedBlockingQueue<Runnable>());    5.       }

ExecutorService   newSingleThreadExecutor()：单线程

1.   public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {    2.           return new FinalizableDelegatedExecutorService    3.               (new ThreadPoolExecutor(1, 1,    4.                                       0L, TimeUnit.MILLISECONDS,    5.                                       new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));    6.       }

ExecutorService newCachedThreadPool()：无界线程池，能够进行自己主动线程回收

这个实现就有意思了。首先是无界的线程池，所以我们能够发现maximumPoolSize为big big。其次BlockingQueue的选择上使用SynchronousQueue。可能对于该BlockingQueue有些陌生，简单说：该QUEUE中，每一个插入操作必须等待还有一个线程的相应移除操作。

1.   public static ExecutorService newCachedThreadPool() {    2.           return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,    3.                                         60L, TimeUnit.SECONDS,    4.                                         new SynchronousQueue<Runnable>());        }

先从BlockingQueue<Runnable> workQueue这个入參開始说起。在JDK中，事实上已经说得非常清楚了，一共同拥有三种类型的queue。

全部 BlockingQueue 都可用于传输和保持提交的任务。能够使用此队列与池大小进行交互：

假设执行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选加入�新的线程，而不进行排队。（假设当前执行的线程小于corePoolSize，则任务根本不会存放，加入�到queue中，而是直接抄家伙（thread）開始执行）

假设执行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不加入�新的线程。

假设无法将请求添�队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这样的情况下，任务将被拒绝。

queue上的三种类型。

 

排队有三种通用策略：

直接提交。工作队列的默认选项是 SynchronousQueue，它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此，假设不存在可用于马上执行任务的线程，则试图把任务添�队列将失败，因此会构造一个新的线程。此策略能够避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略同意无界线程具有增长的可能性。

无界队列。使用无界队列（比如，不具有提前定义容量的 LinkedBlockingQueue）将导致在全部 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程就不会超过 corePoolSize。（因此，maximumPoolSize 的值也就无效了。）当每一个任务全然独立于其它任务，即任务运行互不影响时，适合于使用无界队列；比如，在 Web 页server中。这样的排队可用于处理瞬态突发请求，当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略同意无界线程具有增长的可能性。

有界队列。当使用有限的 maximumPoolSizes 时，有界队列（如 ArrayBlockingQueue）有助于防止资源耗尽，可是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能须要相互折衷：使用大型队列和小型池能够最大限度地减少 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销，可是可能导致人工减少吞吐量。假设任务频繁堵塞（比如，假设它们是 I/O 边界），则系统可能为超过您许可的很多其它线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小，CPU 使用率较高，可是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会减少吞吐量。  

BlockingQueue的选择。

样例一：使用直接提交策略，也即SynchronousQueue。

首先SynchronousQueue是无界的，也就是说他存数任务的能力是没有限制的，可是因为该Queue本身的特性，在某次加入�元素后必须等待其它线程取走后才干继续加入�。在这里不是核心线程便是新创建的线程，可是我们试想一样下，以下的场景。

我们使用一下參数构造ThreadPoolExecutor：

1.   new ThreadPoolExecutor(   

2.               2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,    

3.               new  SynchronousQueue<Runnable>(),    

4.               new RecorderThreadFactory(“CookieRecorderPool”),    

1.             new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());  

new ThreadPoolExecutor(

   2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,

   new SynchronousQueue<Runnable>(),

   new RecorderThreadFactory(“CookieRecorderPool”),

   new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

 当核心线程已经有2个正在执行.

1. 此时继续来了一个任务（A），依据前面介绍的“假设执行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求添�队列，而不增�新的线程。”,所以A被增�到queue中。
2. 又来了一个任务（B），且核心2个线程还没有忙完，OK，接下来首先尝试1中描写叙述，可是因为使用的SynchronousQueue，所以一定无法添�进去。
3. 此时便满足了上面提到的“假设无法将请求添�队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出maximumPoolSize，在这样的情况下，任务将被拒绝。”，所以必定会新建一个线程来执行这个任务。
4. 临时还能够，可是假设这三个任务都还没完毕，连续来了两个任务，第一个添添�queue中，后一个呢？queue中无法插入，而线程数达到了maximumPoolSize，所以仅仅好执行异常策略了。

所以在使用SynchronousQueue通常要求maximumPoolSize是无界的，这样就能够避免上述情况发生（假设希望限制就直接使用有界队列）。对于使用SynchronousQueue的作用jdk中写的非常清楚：此策略能够避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。

什么意思？假设你的任务A1，A2有内部关联，A1须要先运行，那么先提交A1，再提交A2，当使用SynchronousQueue我们能够保证，A1必然先被运行，在A1么有被运行前，A2不可能加入�入queue中。

样例二：使用无界队列策略，即LinkedBlockingQueue

这个就拿newFixedThreadPool来说，依据前文提到的规则：

假设执行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选加入�新的线程，而不进行排队。那么当任务继续添加�，会发生什么呢？

假设执行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不加入�新的线程。OK，此时任务变加入队列之中了，那什么时候才会加入�新线程呢？

假设无法将请求添�队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这样的情况下，任务将被拒绝。这里就非常有意思了，可能会出现无法添�队列吗？不像SynchronousQueue那样有其自身的特点，对于无界队列来说，总是能够添�的（资源耗尽，当然另当别论）。换句说，永远也不会触发产生新的线程！corePoolSize大小的线程数会一直执行，忙完当前的，就从队列中拿任务開始执行。所以要防止任务疯长，比方任务执行的实行比較长，而添加任务的速度远远超过处理任务的时间，并且还不断添加�，不一会儿就爆了。

样例三：有界队列，使用ArrayBlockingQueue。

这个是最为复杂的使用，所以JDK不推荐使用也有些道理。与上面的相比，最大的特点便是能够防止资源耗尽的情况发生。

举例来说，请看例如以下构造方法：

1.   new ThreadPoolExecutor(   

2.               2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,    

3.               new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),    

4.               new RecorderThreadFactory(“CookieRecorderPool”),    

5.               new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());  

new ThreadPoolExecutor(

     2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,

     new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),

     new RecorderThreadFactory(“CookieRecorderPool”),

     new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

如果，全部的任务都永远无法运行完。

对于首先来的A,B来说直接执行，接下来，假设来了C,D，他们会被放到queue中，假设接下来再来E,F，则添加�线程执行E，F。可是假设再来任务，队列无法再接受了，线程数也到达最大的限制了，所以就会使用拒绝策略来处理。

keepAliveTime

jdk中的解释是：当线程数大于核心时，此为终止前多余的空暇线程等待新任务的最长时间。

有点拗口，事实上这个不难理解，在使用了“池”的应用中，大多都有类似的參数须要配置。比方数据库连接池，DBCP中的maxIdle，minIdle參数。

什么意思？接着上面的解释，后来向老板派来的工人始终是“借来的”，俗话说“有借就有还”，但这里的问题就是什么时候还了，假设借来的工人刚完毕一个任务就还回去，后来发现任务还有，那岂不是又要去借？这一来一往，老板肯定头也大死了。

 

合理的策略：既然借了，那就多借一会儿。直到“某一段”时间后，发现再也用不到这些工人时，便能够还回去了。这里的某一段时间便是keepAliveTime的含义，TimeUnit为keepAliveTime值的度量。

 

RejectedExecutionHandler

还有一种情况便是，即使向老板借了工人，可是任务还是继续过来，还是忙只是来，这时整个队伍仅仅好拒绝接受了。

RejectedExecutionHandler接口提供了对于拒绝任务的处理的自定方法的机会。在ThreadPoolExecutor中已经默认包括了4中策略，由于源代码很easy，这里直接贴出来。

CallerRunsPolicy：线程调用执行该任务的 execute 本身。此策略提供简单的反馈控制机制，可以减缓新任务的提交速度。

1.   public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {   

2.               if (!e.isShutdown()) {   

3.                   r.run();   

4.               }   

5.           }  

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

            if (!e.isShutdown()) {

                r.run();

            }

        }

这个策略显然不想放弃运行任务。可是因为池中已经没有不论什么资源了，那么就直接使用调用该execute的线程本身来运行。

AbortPolicy：处理程序遭到拒绝将抛出执行时 RejectedExecutionException

1.   public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {   

2.               throw new RejectedExecutionException();   

3.           }  

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

            throw new RejectedExecutionException();

        }

 这样的策略直接抛出异常，丢弃任务。

DiscardPolicy：不能运行的任务将被删除

1.   public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {   

2.           }  

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

        }

 这样的策略和AbortPolicy差点儿一样，也是丢弃任务，仅仅只是他不抛出异常。

DiscardOldestPolicy：假设运行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的任务将被删除，然后重试运行程序（假设再次失败，则反复此过程）

1.   public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {   

2.               if (!e.isShutdown()) {   

3.                   e.getQueue().poll();   

4.                   e.execute(r);   

5.               }   

1.         }  

public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

            if (!e.isShutdown()) {

                e.getQueue().poll();

                e.execute(r);

            }

        }

该策略就略微复杂一些，在pool没有关闭的前提下首先丢掉缓存在队列中的最早的任务，然后又一次尝试执行该任务。这个策略须要适当小心。

设想:假设其它线程都还在执行，那么新来任务踢掉旧任务，缓存在queue中，再来一个任务又会踢掉queue中最老任务。

总结：

keepAliveTime和maximumPoolSize及BlockingQueue的类型均有关系。假设BlockingQueue是无界的，那么永远不会触发maximumPoolSize，自然keepAliveTime也就没有了意义。

反之，假设核心数较小，有界BlockingQueue数值又较小，同一时候keepAliveTime又设的非常小，假设任务频繁，那么系统就会频繁的申请回收线程。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {

        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,

                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,

                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());

    }