线程池

为什么要使用线程池

1. 像Web服务器、数据库服务器、文件服务器等等都需要处理来自远程大量短小请求。请求以某种方式传达到服务器，可能是网络协议（HTTP、FTP、或POP）或者JMS队列或者是通过轮询数据库。服务器将面临这样一个问题，请求的数量很多，但是要处理具体某一个请求所需的时间很短。
2. 我们再看线程对内存的消耗。服务器处理一个请求，需要创建线程–>处理请求–>销毁线程，实际上系统创建线程的时间和销毁线程消耗的系统资源，要远大于花在处理请求上的时间和资源。 除了创建和销毁所消耗的时间和资源外，活动的线程也会消耗资源，在JVM中太多的线程可能导致内存不足。
3. 线程池，正是为线程生命周期的开销提供了解决方案。通过线程的重用，线程创建的开销也就被分摊到了多个任务上。

线程池简介

一个线程池包括以下四个基本部分

1. 线程池管理器（ThreadPool） 用于创建并且管理线程池，包括创建线程、销毁线程、添加新任务；
2. 工作线程（PoolWorker） 线程池中的线程，没有任务时处于等待状态，可以循环的执行任务
3. 任务接口（task） 任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行。它主要规定了任务的入口、任务的执行状态、任务完成后的收尾工作。
4. 任务队列（TaskQueue） 用于存放没有处理的任务，提供一种缓冲机制

看一段别人手写的线程池代码，帮助理解线程池的工作原理

（虽然没有任务接口，但是帮助我们理解线程池足矣）

package mine.util.thread;import java.util.LinkedList;import java.util.List;/** * 线程池类，线程管理器：创建线程，执行任务，销毁线程，获取线程基本信息 */public final class ThreadPool {    // 线程池中默认线程的个数为5    private static int worker_num = 5;    // 工作线程    private WorkThread[] workThrads;    // 未处理的任务    private static volatile int finished_task = 0;    // 任务队列，作为一个缓冲,List线程不安全    private List<Runnable> taskQueue = new LinkedList<Runnable>();    private static ThreadPool threadPool;    // 创建具有默认线程个数的线程池    private ThreadPool() {        this(5);    }    // 创建线程池,worker_num为线程池中工作线程的个数    private ThreadPool(int worker_num) {        ThreadPool.worker_num = worker_num;        workThrads = new WorkThread[worker_num];        for (int i = 0; i < worker_num; i++) {            workThrads[i] = new WorkThread();            workThrads[i].start();// 开启线程池中的线程        }    }    // 单态模式，获得一个默认线程个数的线程池    public static ThreadPool getThreadPool() {        return getThreadPool(ThreadPool.worker_num);    }    // 单态模式，获得一个指定线程个数的线程池,worker_num(>0)为线程池中工作线程的个数    // worker_num<=0创建默认的工作线程个数    public static ThreadPool getThreadPool(int worker_num1) {        if (worker_num1 <= 0)            worker_num1 = ThreadPool.worker_num;        if (threadPool == null)            threadPool = new ThreadPool(worker_num1);        return threadPool;    }    // 执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器觉定    public void execute(Runnable task) {        synchronized (taskQueue) {            taskQueue.add(task);            taskQueue.notify();        }    }    // 批量执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器觉定    public void execute(Runnable[] task) {        synchronized (taskQueue) {            for (Runnable t : task)                taskQueue.add(t);            taskQueue.notify();        }    }    // 批量执行任务,其实只是把任务加入任务队列，什么时候执行有线程池管理器觉定    public void execute(List<Runnable> task) {        synchronized (taskQueue) {            for (Runnable t : task)                taskQueue.add(t);            taskQueue.notify();        }    }    // 销毁线程池,该方法保证在所有任务都完成的情况下才销毁所有线程，否则等待任务完成才销毁    public void destroy() {        while (!taskQueue.isEmpty()) {// 如果还有任务没执行完成，就先睡会吧            try {                Thread.sleep(10);            } catch (InterruptedException e) {                e.printStackTrace();            }        }        // 工作线程停止工作，且置为null        for (int i = 0; i < worker_num; i++) {            workThrads[i].stopWorker();            workThrads[i] = null;        }        threadPool=null;        taskQueue.clear();// 清空任务队列    }    // 返回工作线程的个数    public int getWorkThreadNumber() {        return worker_num;    }    // 返回已完成任务的个数,这里的已完成是只出了任务队列的任务个数，可能该任务并没有实际执行完成    public int getFinishedTasknumber() {        return finished_task;    }    // 返回任务队列的长度，即还没处理的任务个数    public int getWaitTasknumber() {        return taskQueue.size();    }    // 覆盖toString方法，返回线程池信息：工作线程个数和已完成任务个数    @Override    public String toString() {        return "WorkThread number:" + worker_num + "  finished task number:"                + finished_task + "  wait task number:" + getWaitTasknumber();    }    /**     * 内部类，工作线程     */    private class WorkThread extends Thread {        // 该工作线程是否有效，用于结束该工作线程        private boolean isRunning = true;        /*         * 关键所在啊，如果任务队列不空，则取出任务执行，若任务队列空，则等待         */        @Override        public void run() {            Runnable r = null;            while (isRunning) {// 注意，若线程无效则自然结束run方法，该线程就没用了                synchronized (taskQueue) {                    while (isRunning && taskQueue.isEmpty()) {// 队列为空                        try {                            taskQueue.wait(20);                        } catch (InterruptedException e) {                            e.printStackTrace();                        }                    }                    if (!taskQueue.isEmpty())                        r = taskQueue.remove(0);// 取出任务                }                if (r != null) {                    r.run();// 执行任务                }                finished_task++;                r = null;            }        }        // 停止工作，让该线程自然执行完run方法，自然结束        public void stopWorker() {            isRunning = false;        }    }}

JDK中的线程池

Executor接口表示线程池，它的execute(Runnable task)方法用来执行Runnable类型的任务。Executor的子接口ExecutorService中声明了管理线程池的一些方法，比如用于关闭线程池的shutdown()方法等。Executors类中包含一些静态方法，它们负责生成各种类型的线程池ExecutorService实例。

细说Executors提供的四种线程池

java.util.concurrent.Executors提供的四种线程池

1. newCachedThreadPool
   创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。示例代码如下：

   package test;      import java.util.concurrent.ExecutorService;      import java.util.concurrent.Executors;      public class ThreadPoolExecutorTest {       public static void main(String[] args) {        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();        for (int i = 0; i < 10; i++) {         final int index = i;         try {          Thread.sleep(index * 1000);         } catch (InterruptedException e) {          e.printStackTrace();         }         cachedThreadPool.execute(new Runnable() {          public void run() {           System.out.println(index);          }         });        }       }  }  

线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

(2) newFixedThreadPool
创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。示例代码如下：

package test;import java.util.concurrent.ExecutorService;import java.util.concurrent.Executors;public class ThreadPoolExecutorTest { public static void main(String[] args) {  ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);  for (int i = 0; i < 10; i++) {   final int index = i;   fixedThreadPool.execute(new Runnable() {    public void run() {     try {      System.out.println(index);      Thread.sleep(2000);     } catch (InterruptedException e) {      e.printStackTrace();     }    }   });  } }}

因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字。
定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

(3) newScheduledThreadPool
创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下：

package test;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class ThreadPoolExecutorTest { public static void main(String[] args) {  ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);  scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {   public void run() {    System.out.println("delay 3 seconds");   }  }, 3, TimeUnit.SECONDS); }}

表示延迟3秒执行。

定期执行示例代码如下：

package test;import java.util.concurrent.Executors;import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class ThreadPoolExecutorTest { public static void main(String[] args) {  ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);  scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {   public void run() {    System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");   }  }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS); }}

表示延迟1秒后每3秒执行一次。

(4) newSingleThreadExecutor
创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下：

package test;  import java.util.concurrent.ExecutorService;  import java.util.concurrent.Executors;  public class ThreadPoolExecutorTest {   public static void main(String[] args) {    ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();    for (int i = 0; i < 10; i++) {     final int index = i;     singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {      public void run() {       try {        System.out.println(index);        Thread.sleep(2000);       } catch (InterruptedException e) {        e.printStackTrace();       }      }     });    }   }  }  

结果依次输出，相当于顺序执行各个任务。

线程池需要注意的地方

1.死锁

• 简单死锁状态：线程 A 持有对象 X 的独占锁，并且在等待对象 Y 的锁，而线程 B 持有对象 Y 的独占锁，却在等待对象 X 的锁。
• 线程池的死锁：池中所有线程都在执行处理处于阻塞状态的一项任务的执行结果的任务，但是这项任务确在线程池中找不到空余线程执行，进入死锁状态。

2.资源不足

• 线程消耗包括内存和其它系统资源在内的大量资源。除了 Thread 对象所需的内存之外，每个线程都需要两个可能很大的执行调用堆栈。除此以外，JVM 可能会为每个 Java 线程创建一个本机线程，这些本机线程将消耗额外的系统资源。最后，虽然线程之间切换的调度开销很小，但如果有很多线程，环境切换也可能严重地影响程序的性能。
• 如果线程池太大，那么被那些线程消耗的资源可能严重地影响系统性能。在线程之间进行切换将会浪费时间，而且使用超出比您实际需要的线程可能会引起资源匮乏 问题，因为池线程正在消耗一些资源，而这些资源可能会被其它任务更有效地利用。除了线程自身所使用的资源以外，服务请求时所做的工作可能需要其它资源，例 如 JDBC 连接、套接字或文件。这些也都是有限资源，有太多的并发请求也可能引起失效，例如不能分配 JDBC 连接。

3.线程泄露

• 各种类型的线程池中一个严重的风险是线程泄漏，当从池中除去一个线程以执行一项任务，而在任务完成后该线程却没有返回池时，会发生这种情况。发生线程泄漏的一种情形出现在任务抛出一个 RuntimeException 或一个 Error 时。如果池类没有捕捉到它们，那么线程只会退出而线程池的大小将会永久减少一个。当这种情况发生的次数足够多时，线程池最终就为空，而且系统将停止，因为没有可用的线程来处理任务。