前言

從事編程的小伙伴們，必然是要接觸多線程開發(fā)的，而常見的多線程應(yīng)用程序不過是 new 一個(gè)線程（Thread）并且重寫 run 方法，雖然能夠完成任務(wù)，但是 new 的過程以及銷毀的過程總是耗時(shí)又耗費(fèi)資源的，那么有沒有一個(gè)辦法，我能夠復(fù)用這些線程，而又不會(huì)導(dǎo)致性能浪費(fèi)呢？

線程池

線程池是一種多線程處理形式，處理過程中將任務(wù)添加到隊(duì)列，然后在創(chuàng)建線程后自動(dòng)啟動(dòng)這些任務(wù)。線程池線程都是后臺(tái)線程。每個(gè)線程都使用默認(rèn)的堆棧大小，以默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)運(yùn)行，并處于多線程單元中。如果某個(gè)線程在托管代碼中空閑（如正在等待某個(gè)事件）,則線程池將插入另一個(gè)輔助線程來使所有處理器保持繁忙。如果所有線程池線程都始終保持繁忙，但隊(duì)列中包含掛起的工作，則線程池將在一段時(shí)間后創(chuàng)建另一個(gè)輔助線程但線程的數(shù)目永遠(yuǎn)不會(huì)超過最大值。超過最大值的線程可以排隊(duì)，但他們要等到其他線程完成后才啟動(dòng)。

感謝本文思路來源 《深入理解Java之線程池》，作者：海子

Java中的ThreadPoolExecutor類

java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor類是線程池中最核心的一個(gè)類，因此如果要透徹地了解Java中的線程池，必須先了解這個(gè)類。下面我們來看一下ThreadPoolExecutor類的具體實(shí)現(xiàn)源碼。
在ThreadPoolExecutor類中提供了四個(gè)構(gòu)造方法：

/**
 * 非完整代碼，這里為了直觀觀察，做了簡(jiǎn)化處理
 */
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    ...
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue);
 
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory);
 
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
            BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler);
 
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
        BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);
    ...
}

從上面的代碼可以得知，ThreadPoolExecutor繼承了AbstractExecutorService類，并提供了四個(gè)構(gòu)造器，事實(shí)上，通過觀察每個(gè)構(gòu)造器的源碼具體實(shí)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)前面三個(gè)構(gòu)造器都是調(diào)用的第四個(gè)構(gòu)造器進(jìn)行的初始化工作。

下面解釋下一下構(gòu)造器中各個(gè)參數(shù)的含義：

• corePoolSize：核心池的大小，這個(gè)參數(shù)跟后面講述的線程池的實(shí)現(xiàn)原理有非常大的關(guān)系。在創(chuàng)建了線程池后，默認(rèn)情況下，線程池中并沒有任何線程，而是等待有任務(wù)到來才創(chuàng)建線程去執(zhí)行任務(wù)，除非調(diào)用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，從這2個(gè)方法的名字就可以看出，是預(yù)創(chuàng)建線程的意思，即在沒有任務(wù)到來之前就創(chuàng)建corePoolSize個(gè)線程或者一個(gè)線程。默認(rèn)情況下，在創(chuàng)建了線程池后，線程池中的線程數(shù)為0，當(dāng)有任務(wù)來之后，就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)線程去執(zhí)行任務(wù)，當(dāng)線程池中的線程數(shù)目達(dá)到corePoolSize后，就會(huì)把到達(dá)的任務(wù)放到緩存隊(duì)列當(dāng)中；
• maximumPoolSize：線程池最大線程數(shù)，這個(gè)參數(shù)也是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它表示在線程池中最多能創(chuàng)建多少個(gè)線程；
• keepAliveTime：表示線程沒有任務(wù)執(zhí)行時(shí)最多保持多久時(shí)間會(huì)終止。默認(rèn)情況下，只有當(dāng)線程池中的線程數(shù)大于corePoolSize時(shí)，keepAliveTime才會(huì)起作用，直到線程池中的線程數(shù)不大于corePoolSize，即當(dāng)線程池中的線程數(shù)大于corePoolSize時(shí)，如果一個(gè)線程空閑的時(shí)間達(dá)到keepAliveTime，則會(huì)終止，直到線程池中的線程數(shù)不超過corePoolSize。但是如果調(diào)用了allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在線程池中的線程數(shù)不大于corePoolSize時(shí)，keepAliveTime參數(shù)也會(huì)起作用，直到線程池中的線程數(shù)為0；
• unit：參數(shù)keepAliveTime的時(shí)間單位，有7種取值，在TimeUnit類中有7種靜態(tài)屬性：

TimeUnit.DAYS;              //天
TimeUnit.HOURS;             //小時(shí)
TimeUnit.MINUTES;           //分鐘
TimeUnit.SECONDS;           //秒
TimeUnit.MILLISECONDS;      //毫秒
TimeUnit.MICROSECONDS;      //微妙
TimeUnit.NANOSECONDS;       //納秒

• workQueue：一個(gè)阻塞隊(duì)列，用來存儲(chǔ)等待執(zhí)行的任務(wù)，這個(gè)參數(shù)的選擇也很重要，會(huì)對(duì)線程池的運(yùn)行過程產(chǎn)生重大影響，一般來說，這里的阻塞隊(duì)列有以下幾種選擇：

ArrayBlockingQueue;
PriorityBlockingQueue；
LinkedBlockingQueue;
SynchronousQueue;

ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue使用較少，一般使用LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue。線程池的排隊(duì)策略與BlockingQueue有關(guān)。

• threadFactory：線程工廠，主要用來創(chuàng)建線程；
• handler：表示當(dāng)拒絕處理任務(wù)時(shí)的策略，有以下四種取值：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務(wù)并拋出RejectedExecutionException異常。 
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務(wù)，但是不拋出異常。 
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄隊(duì)列最前面的任務(wù)，然后重新嘗試執(zhí)行任務(wù)（重復(fù)此過程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由調(diào)用線程處理該任務(wù) 

使用示例

知道了 Java 的線程池以來的 ThreadPoolExecutor 類是怎樣的一樣?xùn)|西后，我們?cè)賮斫柚褂闷饋淼木唧w例子加深認(rèn)識(shí)。

public class Test {
     public static void main(String[] args) {   
         ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 200, TimeUnit.MILLISECONDS,
                 new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5));
          
         for(int i=0;i<15;i++){
             MyTask myTask = new MyTask(i);
             executor.execute(myTask);
             System.out.println("線程池中線程數(shù)目："+executor.getPoolSize()+"，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目："+
             executor.getQueue().size()+"，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目："+executor.getCompletedTaskCount());
         }
         executor.shutdown();
     }
}
 
 
class MyTask implements Runnable {
    private int taskNum;
     
    public MyTask(int num) {
        this.taskNum = num;
    }
     
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("正在執(zhí)行task "+taskNum);
        try {
            Thread.currentThread().sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("task "+taskNum+"執(zhí)行完畢");
    }
}

代碼都 Show 給你看了，想要加深了解，就自己 Create 一個(gè)項(xiàng)目，敲進(jìn)去運(yùn)行看看結(jié)果吧！

執(zhí)行結(jié)果：

正在執(zhí)行task 0
線程池中線程數(shù)目：1，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：0，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
線程池中線程數(shù)目：2，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：0，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
正在執(zhí)行task 1
線程池中線程數(shù)目：3，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：0，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
正在執(zhí)行task 2
線程池中線程數(shù)目：4，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：0，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
正在執(zhí)行task 3
線程池中線程數(shù)目：5，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：0，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
正在執(zhí)行task 4
線程池中線程數(shù)目：5，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：1，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
線程池中線程數(shù)目：5，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：2，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
線程池中線程數(shù)目：5，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：3，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
線程池中線程數(shù)目：5，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：4，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
線程池中線程數(shù)目：5，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：5，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
線程池中線程數(shù)目：6，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：5，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
正在執(zhí)行task 10
線程池中線程數(shù)目：7，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：5，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
正在執(zhí)行task 11
線程池中線程數(shù)目：8，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：5，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
正在執(zhí)行task 12
線程池中線程數(shù)目：9，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：5，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
正在執(zhí)行task 13
線程池中線程數(shù)目：10，隊(duì)列中等待執(zhí)行的任務(wù)數(shù)目：5，已執(zhí)行玩別的任務(wù)數(shù)目：0
正在執(zhí)行task 14
task 0執(zhí)行完畢
task 4執(zhí)行完畢
正在執(zhí)行task 5
task 1執(zhí)行完畢
task 2執(zhí)行完畢
task 3執(zhí)行完畢
正在執(zhí)行task 8
正在執(zhí)行task 7
正在執(zhí)行task 6
正在執(zhí)行task 9
task 10執(zhí)行完畢
task 13執(zhí)行完畢
task 12執(zhí)行完畢
task 11執(zhí)行完畢
task 14執(zhí)行完畢
task 5執(zhí)行完畢
task 6執(zhí)行完畢
task 7執(zhí)行完畢
task 8執(zhí)行完畢
task 9執(zhí)行完畢

從執(zhí)行結(jié)果可以看出，當(dāng)線程池中線程的數(shù)目大于5時(shí)，便將任務(wù)放入任務(wù)緩存隊(duì)列里面，當(dāng)任務(wù)緩存隊(duì)列滿了之后，便創(chuàng)建新的線程。如果上面程序中，將for循環(huán)中改成執(zhí)行20個(gè)任務(wù)，就會(huì)拋出任務(wù)拒絕異常了。

不過在java doc中，并不提倡我們直接使用ThreadPoolExecutor，而是使用Executors類中提供的幾個(gè)靜態(tài)方法來創(chuàng)建線程池：

Executors.newCachedThreadPool();        //創(chuàng)建一個(gè)緩沖池，緩沖池容量大小為Integer.MAX_VALUE
Executors.newSingleThreadExecutor();   //創(chuàng)建容量為1的緩沖池
Executors.newFixedThreadPool(int);    //創(chuàng)建固定容量大小的緩沖池

下面是這三個(gè)靜態(tài)方法的具體實(shí)現(xiàn)：

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

從它們的具體實(shí)現(xiàn)來看，它們實(shí)際上也是調(diào)用了ThreadPoolExecutor，只不過參數(shù)都已配置好了。

• newFixedThreadPool創(chuàng)建的線程池corePoolSize和maximumPoolSize值是相等的，它使用的LinkedBlockingQueue；
• newSingleThreadExecutor將corePoolSize和maximumPoolSize都設(shè)置為1，也使用的LinkedBlockingQueue；
• newCachedThreadPool將corePoolSize設(shè)置為0，將maximumPoolSize設(shè)置為Integer.MAX_VALUE，使用的SynchronousQueue，也就是說來了任務(wù)就創(chuàng)建線程運(yùn)行，當(dāng)線程空閑超過60秒，就銷毀線程。

實(shí)際中，如果Executors提供的三個(gè)靜態(tài)方法能滿足要求，就盡量使用它提供的三個(gè)方法，因?yàn)樽约喝ナ謩?dòng)配置ThreadPoolExecutor的參數(shù)有點(diǎn)麻煩，要根據(jù)實(shí)際任務(wù)的類型和數(shù)量來進(jìn)行配置。
另外，如果ThreadPoolExecutor達(dá)不到要求，可以自己繼承ThreadPoolExecutor類進(jìn)行重寫。

One More Thing

如何合理配置線程池的大小

一般需要根據(jù)任務(wù)的類型來配置線程池大?。?/p>

• 如果是CPU密集型任務(wù)，就需要盡量壓榨CPU，參考值可以設(shè)為 NCPU+1
• 如果是IO密集型任務(wù)，參考值可以設(shè)置為2*NCPU

當(dāng)然，這只是一個(gè)參考值，具體的設(shè)置還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，比如可以先將線程池大小設(shè)置為參考值，再觀察任務(wù)運(yùn)行情況和系統(tǒng)負(fù)載、資源利用率來進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。