线程池：使用Executors和ThreadPoolExecutor

阿里发布的 Java开发手册中强制线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

问：为什么很多 Java 规范都建议不要显式的创建 Thread，而使用线程池？

答：因为使用线程池的好处是减少在创建和销毁线程上所消耗的时间和系统资源，解决资源不足的问题，如果不使用线程池，有可能造成系统创建大量同类线程而导致消耗完内存或者过渡切换问题。

问：为什么不建议在代码中直接使用 Executors 创建线程池，而是推荐通过 ThreadPoolExecutor 方式创建？

答：其实不直接使用工具类的目的只有一个，那就是可以明确的让我们知道线程池的运行规则，避免使用工具类的包装而不够直观内部机制而导致潜在的问题。譬如使用 Executors 的 FixedThreadPool 和 SingleThreadPool 创建线程池的原理都允许请求的队列长度为 Integer 的最大值，这样的话可能会堆积大量的请求导致 OOM；而使用 Executors 的 CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool 创建线程池的原理都允许创建线程数量为 Integer 的最大值，这样的话可能会导致创建大量的线程而导致 OOM，所以推荐直接通过明确的构造参数创建线程池，这样就相当与时刻提醒自己的线程池特性是什么。

线程池负责管理工作线程，包含一个等待执行的任务队列。线程池的任务队列是一个Runnable集合，工作线程负责从任务队列中取出并执行Runnable对象。

java.util.concurrent.executors 提供了 java.util.concurrent.executor 接口的一个Java实现，可以创建线程池。下面是一个简单示例：

首先创建一个Runable 类：

WorkerThread.java

public class WorkerThread implements Runnable {
 
    private String command;
 
    public WorkerThread(String s){
        this.command=s;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" Start. Command = "+command);
        processCommand();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" End.");
    }
 
    private void processCommand() {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
    @Override
    public String toString(){
        return this.command;
    }
}

下面是一个测试程序，从 Executors 框架中创建固定大小的线程池：

SimpleThreadPool.java

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
 
public class SimpleThreadPool {
 
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Runnable worker = new WorkerThread("" + i);
            executor.execute(worker);
          }
        executor.shutdown();
        while (!executor.isTerminated()) {
        }
        System.out.println("Finished all threads");
    }
 
}

在上面的程序中，我们创建了包含5个工作线程的固定大小线程池。然后，我们向线程池提交10个任务。由于线程池的大小是5，因此首先会启动5个工作线程，其他任务将进行等待。一旦有任务结束，工作线程会从等待队列中挑选下一个任务并开始执行。

以上程序的输出结果如下：

pool-1-thread-2 Start. Command = 1
pool-1-thread-4 Start. Command = 3
pool-1-thread-1 Start. Command = 0
pool-1-thread-3 Start. Command = 2
pool-1-thread-5 Start. Command = 4
pool-1-thread-4 End.
pool-1-thread-5 End.
pool-1-thread-1 End.
pool-1-thread-3 End.
pool-1-thread-3 Start. Command = 8
pool-1-thread-2 End.
pool-1-thread-2 Start. Command = 9
pool-1-thread-1 Start. Command = 7
pool-1-thread-5 Start. Command = 6
pool-1-thread-4 Start. Command = 5
pool-1-thread-2 End.
pool-1-thread-4 End.
pool-1-thread-3 End.
pool-1-thread-5 End.
pool-1-thread-1 End.
Finished all threads

从输出结果看，线程池中有五个名为“pool-1-thread-1”…“pool-1-thread-5”的工作线程负责执行提交的任务。

Executors 类使用 ExecutorService 提供了一个 ThreadPoolExecutor 的简单实现，但 ThreadPoolExecutor 提供的功能远不止这些。我们可以指定创建 ThreadPoolExecutor 实例时活跃的线程数，并且可以限制线程池的大小，还可以创建自己的 RejectedExecutionHandler 实现来处理不适合放在工作队列里的任务。

下面是一个 RejectedExecutionHandler 接口的自定义实现：

RejectedExecutionHandlerImpl.java

import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
 
public class RejectedExecutionHandlerImpl implements RejectedExecutionHandler {
 
    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
        System.out.println(r.toString() + " is rejected");
    }
 
}

ThreadPoolExecutor 提供了一些方法，可以查看执行状态、线程池大小、活动线程数和任务数。所以，我通过一个监视线程在固定间隔输出执行信息。

MyMonitorThread.java

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
 
public class MyMonitorThread implements Runnable
{
    private ThreadPoolExecutor executor;
 
    private int seconds;
 
    private boolean run=true;
 
    public MyMonitorThread(ThreadPoolExecutor executor, int delay)
    {
        this.executor = executor;
        this.seconds=delay;
    }
 
    public void shutdown(){
        this.run=false;
    }
 
    @Override
    public void run()
    {
        while(run){
                System.out.println(
                    String.format("[monitor] [%d/%d] Active: %d, Completed: %d, Task: %d, isShutdown: %s, isTerminated: %s",
                        this.executor.getPoolSize(),
                        this.executor.getCorePoolSize(),
                        this.executor.getActiveCount(),
                        this.executor.getCompletedTaskCount(),
                        this.executor.getTaskCount(),
                        this.executor.isShutdown(),
                        this.executor.isTerminated()));
                try {
                    Thread.sleep(seconds*1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
        }
 
    }
}

下面是使用 ThreadPoolExecutor 的线程池实现示例：

WorkerPool.java

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
 
public class WorkerPool {
 
    public static void main(String args[]) throws InterruptedException{
        //RejectedExecutionHandler implementation
        RejectedExecutionHandlerImpl rejectionHandler = new RejectedExecutionHandlerImpl();
        //Get the ThreadFactory implementation to use
        ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();
        //creating the ThreadPoolExecutor
        ThreadPoolExecutor executorPool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 10, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2), threadFactory, rejectionHandler);
        //start the monitoring thread
        MyMonitorThread monitor = new MyMonitorThread(executorPool, 3);
        Thread monitorThread = new Thread(monitor);
        monitorThread.start();
        //submit work to the thread pool
        for(int i=0; i<10; i++){
            executorPool.execute(new WorkerThread("cmd"+i));
        }
 
        Thread.sleep(30000);
        //shut down the pool
        executorPool.shutdown();
        //shut down the monitor thread
        Thread.sleep(5000);
        monitor.shutdown();
 
    }
}

请注意：在初始化 ThreadPoolExecutor 时，初始线程池大小设为2、最大值设为4、工作队列大小设为2。所以，如果当前有4个任务正在运行而此时又有新任务提交，工作队列将只存储2个任务和其他任务将交由RejectedExecutionHandlerImpl 处理。

程序执行的结果如下，确认了上面的结论：

cmd6 is rejected
cmd7 is rejected
cmd8 is rejected
cmd9 is rejected
pool-1-thread-1Start.  Command=cmd0
pool-1-thread-2Start.  Command=cmd1
pool-1-thread-3Start.  Command=cmd4
pool-1-thread-4Start.  Command=cmd5
[monitor] [0/2] Active: 0, Completed: 0, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [4/2] Active: 4, Completed: 0, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
pool-1-thread-2End. 
pool-1-thread-1End. 
pool-1-thread-2Start.  Command=cmd2
pool-1-thread-1Start.  Command=cmd3
pool-1-thread-3End. 
pool-1-thread-4End. 
[monitor] [4/2] Active: 2, Completed: 4, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [4/2] Active: 2, Completed: 4, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
pool-1-thread-2End. 
pool-1-thread-1End. 
[monitor] [4/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [2/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: false, isTerminated: false
[monitor] [0/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: true, isTerminated: true
[monitor] [0/2] Active: 0, Completed: 6, Task: 6, isShutdown: true, isTerminated: true

请注意活跃线程、已完成线程和任务完成总数的变化。我们可以调用 shutdown() 结束所有已提交任务并终止线程池。

ThreadPoolExecutor

先看看如何使用ThreadPoolExecutor创建线程池：

publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,
        int maximumPoolSize,
        long keepAliveTime,
        TimeUnit unit,
        BlockingQueue<Runnable> workQueue,
        ThreadFactory threadFactory,
        RejectedExecutionHandler handler)

线程池的构造函数参数多达7个，现在我们一一来分析它们对线程池的影响。

​ corePoolSize：线程池中核心线程数的最大值

​ maximumPoolSize：线程池中能拥有最多线程数

​ workQueue：用于缓存任务的阻塞队列

​ 我们现在通过向线程池添加新的任务来说明着三者之间的关系。

​ （1）如果没有空闲的线程执行该任务且当前运行的线程数少于corePoolSize，则添加新的线程执行该任务。

​ （2）如果没有空闲的线程执行该任务且当前的线程数等于corePoolSize同时阻塞队列未满，则将任务入队列，而不添加新的线程。

​ （3）如果没有空闲的线程执行该任务且阻塞队列已满同时池中的线程数小于maximumPoolSize，则创建新的线程执行任务。

​ （4）如果没有空闲的线程执行该任务且阻塞队列已满同时池中的线程数等于maximumPoolSize，则根据构造函数中的handler指定的策略来拒绝新的任务。

​ 注意，线程池并没有标记哪个线程是核心线程，哪个是非核心线程，线程池只关心核心线程的数量。

​ 通俗解释，如果把线程池比作一个单位的话，corePoolSize就表示正式工，线程就可以表示一个员工。当我们向单位委派一项工作时，如果单位发现正式工还没招满，单位就会招个正式工来完成这项工作。随着我们向这个单位委派的工作增多，即使正式工全部满了，工作还是干不完，那么单位只能按照我们新委派的工作按先后顺序将它们找个地方搁置起来，这个地方就是workQueue，等正式工完成了手上的工作，就到这里来取新的任务。如果不巧，年末了，各个部门都向这个单位委派任务，导致workQueue已经没有空位置放新的任务，于是单位决定招点临时工吧（临时工：又是我！）。临时工也不是想招多少就找多少，上级部门通过这个单位的maximumPoolSize确定了你这个单位的人数的最大值，换句话说最多招maximumPoolSize–corePoolSize个临时工。当然，在线程池中，谁是正式工，谁是临时工是没有区别，完全同工同酬。

​ keepAliveTime：表示空闲线程的存活时间。

​ TimeUnitunit：表示keepAliveTime的单位。

​ 为了解释keepAliveTime的作用，我们在上述情况下做一种假设。假设线程池这个单位已经招了些临时工，但新任务没有继续增加，所以随着每个员工忙完手头的工作，都来workQueue领取新的任务（看看这个单位的员工多自觉啊）。随着各个员工齐心协力，任务越来越少，员工数没变，那么就必定有闲着没事干的员工。这样的话领导不乐意啦，但是又不能轻易fire没事干的员工，因为随时可能有新任务来，于是领导想了个办法，设定了keepAliveTime，当空闲的员工在keepAliveTime这段时间还没有找到事情干，就被辞退啦，毕竟地主家也没有余粮啊！当然辞退到corePoolSize个员工时就不再辞退了，领导也不想当光杆司令啊！

​ handler：表示当workQueue已满，且池中的线程数达到maximumPoolSize时，线程池拒绝添加新任务时采取的策略。

为了解释handler的作用，我们在上述情况下做另一种假设。假设线程池这个单位招满临时工，但新任务依然继续增加，线程池从上到下，从里到外真心忙的不可开交，阻塞队列也满了，只好拒绝上级委派下来的任务。怎么拒绝是门艺术，handler一般可以采取以下四种取值。

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()	抛出RejectedExecutionException异常
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()	由向线程池提交任务的线程来执行该任务
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()	抛弃最旧的任务（最先提交而没有得到执行的任务）
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()	抛弃当前的任务

​ threadFactory：指定创建线程的工厂。

线程池中的线程数量

​ 默认情况下，当池中有空闲线程，且线程的数量大于corePoolSize时，空闲时间超过keepAliveTime的线程会自行销毁，池中仅仅会保留corePoolSize个线程。如果线程池中调用了allowCoreThreadTimeOut这个方法，则空闲时间超过keepAliveTime的线程全部都会自行销毁，而不必理会corePoolSize这个参数。

​ 如果池中的线程数量小于corePoolSize时，调用prestartAllCoreThreads方法，则无论是否有待执行的任务，线程池都会创建新的线程，直到池中线程数量达到corePoolSize。

参考：

http://www.importnew.com/8542.html

https://blog.csdn.net/qq_33300570/article/details/78394188

https://www.cnblogs.com/nullzx/p/5184164.html

https://blog.csdn.net/linghu_java/article/details/17123057