线程池概述

由来
为减少频繁创建和销毁线程的开销，引入池的概念：提前定制一定量的资源来进行资源复用

作用
1、控制线程数量。2、工作线程可被复用。3、线程池参数调优，高效利用资源。

核心类介绍

ExecutorService

线程池上层接口

ThreadPoolExecutor

ExecutorService的默认实现，供Executors工厂类创建线程池的底层使用

构造参数含义：

corePoolSize：池中所保存的线程数，包括空闲线程。
maximumPoolSize：池中允许的最大线程数。
keepAliveTime：当线程数大于核心时，此为终止多余的空闲线程前允许其等待新任务的最长时间。
unit：keepAliveTime参数的时间单位。
blockingQueue：执行前用于保存任务的队列。此队列仅保持由execute方法提交的Runnable任务。
threadFactory：创建新线程时使用的工厂。
rejectedExecutionHandler：由于超出线程范围和队列容量而使执行被阻塞时所使用的处理程序。

blockingQueue

工作原理

如果运行的线程少于corePoolSize，则Executor始终首选添加新的线程，而不进行排队。
如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则Executor始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。
如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。

任务的三种排队策略

1、直接提交。
工作队列的默认选项是SynchronousQueue，在添加任务后必须等待其他线程取走后才能继续添加。如果不存在可用于立即运行任务的线程，且线程数小于池子最大数，会构造一个新的线程。这一点很重要，核心线程打满时，在同步队列里的任务会立即触发额外线程来处理任务，由此保证提交到线程池的任务立即顺序执行，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。

2、无界队列。
使用无界队列（例如，不具有预定义容量的LinkedBlockingQueue）将导致在所有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。）当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用无界队列；例如，在Web服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求。

3、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，但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型队列和小型池可以最大限度地降低CPU使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。使用小型队列通常要求较大的池大小，CPU使用率较高，但是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量。

4、延时队列。
定时线程池使用延时队列DelayedWorkQueue实现定时执行任务。延时队列基于最小堆构造，最近要执行的延时任务放在堆顶，内部有一个leader线程指向等待最近一个要执行任务的线程

offer方法提交延时任务：

任务入最小堆，如果任务在堆顶，说明是最近一个要执行的任务，则唤醒一个等待在延时队列的线程，让它作为leader线程，再执行awaitNanos方法等待最近的延时任务

take方法获取延时任务：

堆顶无任务，则线程await，等待在延时队列
leader线程不为空说明有任务在等待最近一次延时任务，则线程await，等待在延时队列
否则，当前线程作为leader线程，等待堆顶的最近一次延时任务，即执行awaitNanos方法延时等待
- 期间如果有更紧急的延时任务提交，则leader线程会置空，并唤醒一个等待在延时队列的线程，作为新的leader线程等待在最近的延时任务上
获取到延时任务后，leader线程置空，并唤醒一个等待在延时队列的线程，作为leader线程继续等待下一个延时任务

RejectedExecutionHandler

jdk提供了四种任务拒绝策略RejectedExecutionHandler的实现

CallerRunsPolicy

线程池未关闭时，在线程池运行的主线程中执行被拒绝任务。
这种策略提供了一个简单的反馈控制机制，缺点就是可能会阻塞主线程

AbortPolicy

拒绝任务时会抛出运行时RejectedExecutionException到线程池运行的主线程中
它是线程池默认的拒绝策略

DiscardPolicy

直接丢弃任务，和AbortPolicy的唯一区别就是AbortPolicy抛出异常，DiscardPolicy不做任何处理

DiscardOldestPolicy

线程池未关闭时，丢弃阻塞队列中最老的（头部）任务，然后再将该任务提交到线程池中执行

Executors

创建线程池的一个工厂类

1.newSingleThreadExecutor
创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

core=1,max=1,keepAliveTime=0,LinkedBlockingQueue

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，直到达到线程池的最大线程数。一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

core=n,max=n,keepAliveTime=0,LinkedBlockingQueue

3.newCachedThreadPool
创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

core=0,max=MAX_VALUE,keepAliveTime=60s,SynchronousQueue

4.newScheduledThreadPool
创建一个定时线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求

core=n,max=MAX_VALUE,keepAliveTime=10ms,DelayedWorkQueue

线程池注意事项

1、并发可能产生的死锁问题
2、线程泄漏：使用局部线程池造成线程泄漏

简单理解，线程池里的线程执行完任务后并不会stop，而是在while循环里不断轮询阻塞队列（请求队列）拿任务
ThreadPoolExecutor -> Worker -> Thread，由于存在这样的引用关系，并且Thread作为GC Root，所以无法被回收

线程池工作模型

1、线程池管理器

核心是管理工作线程
- 构造线程池时，初始化一些工作线程，添加到工作线程队列并启动
- 接收外部任务，提交到请求队列。请求队列拒绝时，比较工作线程队列的线程数和核心线程数、最大线程数的关系，决定是创建新的工作线程还是拒绝任务
- 关闭线程池时，停止所有工作线程

2、请求队列

核心是服务于工作线程取任务
- 提交到线程池的任务，同步添加到请求队列
  - 添加后notify所有等待在请求队列的工作线程取任务
- 提供接口给工作线程，同步从请求队列取任务
  - 请求队列为空时，wait在请求队列
- 请求队列满时，调用拒绝策略

3、工作线程

核心是从请求队列里取任务执行
- 轮询请求队列，获取并执行任务

4、工作线程队列

核心是维护创建的工作线程
- 负责工作线程的入队和出队

dcddc

系统学习线程池