Java线程池

ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor类中的核心构造器

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,                          int maximumPoolSize,                          long keepAliveTime,                          TimeUnit unit,                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,                          ThreadFactory threadFactory,                          RejectedExecutionHandler handler) {    if (corePoolSize < 0 ||        maximumPoolSize <= 0 ||        maximumPoolSize < corePoolSize ||        keepAliveTime < 0)        throw new IllegalArgumentException();    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)        throw new NullPointerException();    this.corePoolSize = corePoolSize;    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;    this.workQueue = workQueue;    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);    this.threadFactory = threadFactory;    this.handler = handler;}

构造方法参数：

• corePoolSize：核心池大小。默认情况下，创建一个线程池初始线程个数为0，当有任务的时候才会去创建线程，当创建的线程数达到corePoolSize后，就会把新到达的任务放到阻塞队列中。除了调了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，这两个方法会在初始化的时候就创建所有核心线程或1个核心线程。
• maximumPoolSize：最大线程数。表示线程池最多能创建的线程数量。
• keepAliveTime：线程空闲时间。默认情况下只有当线程数超过了corePoolSize这个参数才会起作用，一个线程的空闲时间如果超过了keepAliveTime，就会被销毁，直到线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)，keepAliveTime参数会一直生效，直到线程池数量为0.
• unit：keepAliveTime的时间单位。在TimeUnit类中有7种静态属性。
• workQueue：阻塞队列。用于存储等待执行的任务。一般有

ArrayBlockingQueue;LinkedBlockingQueue;SynchronousQueue;

* threadFactory：线程工厂。用于创建线程。
* handler：线程池拒绝处理任务时策略。一般有：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。 ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。 ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务 

线程池实现原理

线程池状态

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

这里有个很关键的字段ctl，因为这个变量控制了线程状态和线程数量，且具有原子性。很神奇，看看源码注释是怎么说的：

/*** The main pool control state, ctl, is an atomic integer packing* two conceptual fields*   workerCount, indicating the effective number of threads*   runState,    indicating whether running, shutting down etc** In order to pack them into one int, we limit workerCount to* (2^29)-1 (about 500 million) threads rather than (2^31)-1 (2* billion) otherwise representable. If this is ever an issue in* the future, the variable can be changed to be an AtomicLong,* and the shift/mask constants below adjusted. But until the need* arises, this code is a bit faster and simpler using an int.*/

由于一个int类型是由32位的二进制数构成的，这里很巧妙的利用高3位表示runState，用低29位表示workerCount。这段代码让我感觉这个类非常的精细。解释称2^29 - 1 大概5亿。如果之后不够的话可以将int类型改成long，但是现在使用int会比较简单有效。
以下将介绍几个ThreadPoolExecutor类中常见且相关的几个方法：

private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }

其中rs就是高三位的runState，wc就是低29位的workerCount。

private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }

c就是前面ctl的值。这两个方法分别用来获取runState和workerCount。
其中CAPACITY的定义：

private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

可以看出CAPACITY其实就是workerCount的最大值。

／*** The runState provides the main lifecyle control, taking on values:**   RUNNING:  Accept new tasks and process queued tasks*   SHUTDOWN: Don't accept new tasks, but process queued tasks*   STOP:     Don't accept new tasks, don't process queued tasks,*             and interrupt in-progress tasks*   TIDYING:  All tasks have terminated, workerCount is zero,*             the thread transitioning to state TIDYING*             will run the terminated() hook method*   TERMINATED: terminated() has completed*／

• RUNNING：可以接收新任务和处理阻塞列表中的任务
• SHUTDOWN：不能接收新任务，但是会继续处理阻塞列表中的任务
• STOP：不能接收新任务且也不会再处理阻塞列表中的任务
• TIDYING：所有任务都结束了，workCount为0，并且会调用terminated()
• TERMINATED：terminated()调用结束

// runState is stored in the high-order bitsprivate static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

代码中会有rs < SHUTDOWN 的判断，其实就是指RUNNING

示例

/** * Created by cxx on 2017/6/16. */public class TreadPoolTest {    public static void main(String[] args) {        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200, TimeUnit.MILLISECONDS,                new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5),new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());        System.out.println("启动后线程数量："+pool.getPoolSize());        for(int i=0;i<20;i++){            for (;;){                if (pool.getQueue().size() <5 || pool.getPoolSize() < 10){                    Task myTask = new Task(i);                    pool.execute(myTask);                    System.out.println("线程池数："+pool.getPoolSize()+"，队列数："+                            pool.getQueue().size());                    break;                }            }        }        pool.shutdown();    }}class Task implements Runnable {    private int taskNum;    public Task(int num) {        this.taskNum = num;    }    @Override    public void run() {        System.out.println("开始执行 "+taskNum);        try {            Thread.currentThread().sleep(3000);        } catch (InterruptedException e) {            System.out.println("被中断啦。。。。。。。。。。");        }        System.out.println("task "+taskNum+"执行完毕");    }}

运行结果

启动后线程数量：0线程池数：1，队列数：0开始执行 0线程池数：2，队列数：0开始执行 1线程池数：3，队列数：0开始执行 2线程池数：4，队列数：0开始执行 3线程池数：5，队列数：0开始执行 4线程池数：5，队列数：1线程池数：5，队列数：2线程池数：5，队列数：3线程池数：5，队列数：4线程池数：5，队列数：5线程池数：6，队列数：5开始执行 10线程池数：7，队列数：5开始执行 11线程池数：8，队列数：5开始执行 12线程池数：9，队列数：5开始执行 13线程池数：10，队列数：5开始执行 14task 0执行完毕task 4执行完毕开始执行 5task 3执行完毕task 1执行完毕开始执行 8task 2执行完毕开始执行 9task 12执行完毕开始执行 7task 11执行完毕task 10执行完毕开始执行 6task 14执行完毕task 13执行完毕线程池数：10，队列数：1开始执行 15开始执行 16线程池数：10，队列数：1线程池数：10，队列数：1开始执行 17开始执行 18线程池数：10，队列数：1线程池数：10，队列数：1开始执行 19task 8执行完毕task 9执行完毕task 5执行完毕task 7执行完毕task 6执行完毕task 15执行完毕task 16执行完毕task 17执行完毕task 19执行完毕task 18执行完毕Process finished with exit code 0

看运行结果可以看到，当核心数达到corePoolSize，就会往workQueue添加，workQueue满了之后，就会创建新的线程直到线程数达到maximumPoolSize。
在嵌套循环中判断线程和队列是否饱和，如果饱和就等会在添加。（现在添加的话会被丢弃，因为策略配置的是丢弃并且不抛异常）

合理配置线程池大小

在javadoc中并不提倡我们直接使用ThreadPoolExecutor，而是使用Executors类中提供的几个静态类：

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

固定线程数线程池，核心和最大线程数都一样。由于keepAliveTime为0，所以一旦线程启动后除非被shutdown，否则会一直等待新任务。队列是一个没有大小限制的队列，你唯一要担心的是内存够不够用。

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

相当于固定线程数线程池的线程数为1.但是我还注意到这里返回的是FinalizableDelegatedExecutorService类。好奇心让我点开了这个类：

static class FinalizableDelegatedExecutorService    extends DelegatedExecutorService {    FinalizableDelegatedExecutorService(ExecutorService executor) {        super(executor);    }    protected void finalize() {        super.shutdown();    }}

是一个Executors的内部类，构造函数调用父类的构造方法，覆盖了finalize方法，用于垃圾回收时触发shutdown。（这一点暂时不去深究，为什么要去这么做）。在点开父类：

static class DelegatedExecutorService extends AbstractExecutorService {    private final ExecutorService e;    DelegatedExecutorService(ExecutorService executor) { e = executor; }    public void execute(Runnable command) { e.execute(command); }    public void shutdown() { e.shutdown(); }    public List<Runnable> shutdownNow() { return e.shutdownNow(); }    public boolean isShutdown() { return e.isShutdown(); }    public boolean isTerminated() { return e.isTerminated(); }    public boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException {        return e.awaitTermination(timeout, unit);    }    public Future<?> submit(Runnable task) {        return e.submit(task);    }    public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {        return e.submit(task);    }    public <T> Future<T> submit(Runnable task, T result) {        return e.submit(task, result);    }    public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)        throws InterruptedException {        return e.invokeAll(tasks);    }    public <T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,                                         long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException {        return e.invokeAll(tasks, timeout, unit);    }    public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)        throws InterruptedException, ExecutionException {        return e.invokeAny(tasks);    }    public <T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,                           long timeout, TimeUnit unit)        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException {        return e.invokeAny(tasks, timeout, unit);    }}

也是Executors的内部类，这里有个设计概念，代理。
把被代理对象ExecutorService作为私有成员变量，然后仅暴露想暴露的方法。（学习了，自己以后开发过程中也可以这么用）

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

按需自动扩容线程池。核心线程数为0，keepAliveTime为60s，队列为同步队列。适合执行时间短，任务量大的场景。

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);}/** * Creates a new {@code ScheduledThreadPoolExecutor} with the * given core pool size. * * @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even *        if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set * @throws IllegalArgumentException if {@code corePoolSize < 0} */public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, TimeUnit.NANOSECONDS,          new DelayedWorkQueue());}

可以创建一个延迟或周期执行任务的线程池。（具体实现还没细究）

总结一下，几种线程池对于使用方面还是比较容易区分，但是具体该配置多少线程数，这个需要实践才能得出结果（基础环境和业务环境千变万化）。一般可以根据任务的类型类配置（网上的得来的经验，参考一下，使用的时候还是得多多调试。）：
CPU密集型型的任务，就要压榨CPU，不要频繁切换，参考值：cpu核心数+1
IO密集型的人物，参考值：2*cpu核心数
最后再强调一下，不要偷懒，一定要经过调试再选择正如的线程数量。