08-线程池ThreadPoolExecutor

参考资料: https://developer.aliyun.com/topic/java20

参考资料：https://blog.csdn.net/ming1215919/article/details/114799184

线程池

线程池的工作主要是控制运行的线程的数量，处理过程中将任务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，那么超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕再从队列中取出任务来执行。

在开发过程中，合理地使用线程池能够带来3个好处：

• 降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗；

• 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行；

• 提高线程的可管理性。线程如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。

原理：

整个过程就像下面这个有趣的动画：

OOM: Out Of Memory.

ThreadPoolExecutor

参数 6 threadFactory 和 7 handler 为可选参数，有其默认值。

1）corePoolSize：线程池的核心线程数，定义了最小可以同时运行的线程数量。

2）maximumPoolSize：线程池的最大线程数，队列中存放的任务达到队列容量时，当前可以同时运行的线程数量变为最大线程数。

3）keepAliveTime：当线程池中的线程数量大于corePoolSize时，如果没有新任务提交，核心线程外的线程不会立即销毁，而是会等待，直到等待的时间超过了KeepAliveTime才会被回收销毁。

4）unit：keepAliveTime参数的时间单位，包括DAYS、HOURS、MINUTES、MILLISECONDS等。

5）workQueue：用于保存等待执行任务的阻塞队列。可以选择以下集个阻塞队列：

• ArrayBlockingQueue：是一个基于数组结构的阻塞队列，此队列按FIFO原则对元素进行排序；
• LinkedBlockingQueue：是一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO排序元素，吞吐量通常高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法 Executors.newFixedThreadPool() 使用了这个队列；
• SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量常高于 LinkedBlockingQueue ，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool() 使用了这个队列；
• PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。

6）threadFactory：用于设置创建线程的工厂，可以通过工厂给每个创造出来的线程设置更有意义的名字。使用开源框架guava提供的ThreadFactoryBuilder可以快速给线程池里的线程设置有意义的名字：

//使用guava设置线程池名字
new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("XX-task-%d").build(),
//或使用的是 new ThreadFactory(), 精简为lambda表达式
r -> new Thread(r, "XX_Thread_" + r.hashCode()),

7）handler：拒绝策略。若当前同时运行的线程数量达到最大线程数量并且队列已经被放满，则执行拒绝策略。ThreadPoolExecutor 定义了一些饱和策略：

• ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：直接抛出RejectedExecutionException异常来拒绝处理新任务；
• ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：只用调用者所在的线程来运行任务，会降低新任务的提交速度，影响程序的整体性能。
• ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：不处理新任务，直接丢弃掉。
• ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最近的一个任务，执行当前任务。

原理

ThreadPoolExecutor执行execute()方法原理：

使用

1. 向线程池提交任务

• execute()方法用于像线程池提交不需要返回值的任务

  所以无法判断任务是否被线程池执行成功。

executor.execute(new Runnable() {
    @Override public void run() {
        // TODO 
    }
});

• submit()方法用于提交需要返回值的任务。

  线程池会返回一个future类型的对象，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用get(long timeout, TimeUnit unit)方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时有可能任务还没有执行完。

Future<T> future = executor.submit(hasReturnValueTask);
try {
    T s = future.get();
} catch (InterruptedExecption | ExecutortionExcception e) {
    // 处理异常
    e.printStackTrace();
} finally {
    // 关闭线程池
    executor.shutdown();
}

2. 关闭线程池

可以使用线程池的shutdown或 shutdownNow 方法来关闭线程池。其原理在于遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能无法终止。

二者区别在于：shutdownNow方法首先将线程池状态设置为STOP，然后尝试停止所有正在执行或暂停任务的线程，并返回等到执行任务的列表，而shutdown只是将线程池的状态设置为SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。

3. 合理配置线程池

查看当前设备的CPU核数：

Runtime.getRuntime().availableProcessors();

• CPU密集型任务

  任务需要大量的运算，而没有阻塞，CPU一直全速运行，CPU密集型任务配置尽可能的少的线程数量，来尽可能压榨CPU的运算能力。

  公式：CPU核数 + 1 个线程的线程池。

• IO密集型任务

  数据库交互，文件上传下载，网络传输等。

  方法一：由于IO密集型任务线程并不是一直在执行任务，可以多分配一点线程数，如CPU核数*2。

  方法二：任务需要大量的IO，即大量的阻塞。在单线程上运IO密集型的任务会导致浪费大量的CPU运算能力浪费在等待。所以在IO密集型任务中使用多线程可以大大的加速程序运行，即使在单核CPU上，这种加速主要就是利用了被浪费掉的阻塞时间。

  公式：CPU核数/(1-阻塞系数)，其中阻塞系数在0.8-0.9之间(比如8核CPU：8/(1 - 0.9)=80个线程数)。

《Java并发编程实战》的作者 Brain Goetz 推荐的计算方法：

• 线程数 = CPU核数 * (1 + 平均等待时间 / 平均工作时间)

在I/O密集型的逻辑处理中，当线程池的数量定义得太小时，会导致请求的频繁失败，原因如下：

1. 阻塞IO操作：I/O密集型的任务通常会涉及到与外部资源（如数据库、网络等）的交互，这些操作往往是阻塞的，即线程在执行这些操作时会被阻塞，等待操作完成。如果线程池中的线程数量过小，无法满足并发请求的需求，导致请求被阻塞等待可用的线程，从而导致请求的频繁失败。
2. 请求堆积：当线程池中的线程数量不足以处理并发请求时，新的请求会被放入线程池的等待队列中等待执行。如果等待队列的容量有限，而请求的到达速度过快，超过了线程池的处理能力，那么请求会被拒绝或者丢弃，从而导致请求的频繁失败。
3. 线程资源耗尽：线程池中的线程数量有限，如果线程池的数量定义得太小，而请求的到达速度过快，超过了线程池的处理能力，那么线程资源会很快耗尽。当所有的线程都被占用时，新的请求无法得到处理，从而导致请求的频繁失败。