執行緒池及其執行原理
前言
- 首先從結構說起
- 然後執行緒池的引數
- 最後在結合程式碼簡單分析
new Thread 弊端
第一：每次new Thread 新建物件，效能差
第二：執行緒缺乏統一管理,可能無限制的新建執行緒,相互競爭,有可能佔用過多系統資源導致宕機或OOM
第三：缺少更多的功能,如更多執行、定期執行、執行緒中斷。
什麼是執行緒池
Java中的執行緒池是運用場景最多的併發框架，幾乎所有需要非同步或併發執行任務的程式，都可以使用執行緒池。在開發過程中，合理地使用執行緒池能夠帶來3個好處。
第一：降低資源消耗
第二：提高響應速度。當任務到達時，任務可以不需要等到執行緒建立就能立即執行。
第三：提高執行緒的可管理性。執行緒是稀缺資源，如果無限制地建立，不僅會消耗系統資源，還會降低系統的穩定性，使用執行緒池可以進行統一分配、調優和監控。但是，要做到合理利用、
執行緒池例項的幾種狀態
running狀態：能接受新提交的任務，並且能處理阻塞佇列中的任務。
shutdown狀態：當一個執行緒池例項處於關閉狀態的時候，不能在接收新提交的任務，但是可以繼續處理阻塞佇列中已經儲存的任務。線上程池處理running狀態時，它呼叫shutdown方法，會使執行緒池進入到該狀態。
stop狀態：不能接收新的任務，也不處理佇列中的任務。它會中斷正在處理中的執行緒，線上程池處於running或shutdown狀態時，如果呼叫shutdownNow的時候會使執行緒池進入到該狀態
tidying狀態：如果所用的任務都終止了，有效執行緒數為0，執行緒池會進入到該狀態。之後呼叫terminated()方法會進入terminated狀態。
terminated狀態
執行緒池的體系結構
根目錄是Executor在JUC包下(java.util.concurrent)，結構如下(這裡說的是在JUC包下的子類)：
|- Executor ：負責執行緒的使用與呼叫的根介面 |--** ExecutorService 子介面：執行緒池的主要介面 |-- AbstractExecutorService 提供 ExecutorService 執行方法的預設實現 |-- DelegatedExecutorService |-- ForkJoinPool |-- ThreadPoolExecutor 執行緒池的實現類 |-- ScheduledExecutorService 子介面：負責執行緒的排程 |-- ScheduledThreadPoolExecutor:繼承了 ThreadPoolExecutor,實現了ScheduledExecutorService
實際上最根本用的是ExecutorService，又因為ExecutorService是介面，介面不能建立物件，所以根本用的就是建立ThreadPoolExecutor的例項或ScheduledThreadPoolExecutor的例項。
但是基本上都是使用Executors工具類。最常見的有如下四個。但是這四個類都有可能OOM，一般情況下都需要根據自己需求，自定義執行緒池。
1、newFixedThreadPool() : 建立固定大小的執行緒池，返回型別是ExecutorService。
2、newCachedThreadPool() : 快取執行緒池，執行緒池的數量不固定，可以根據需求自動的更改數量。返回型別是ExecutorService。
3、newSingleThreadExecutor() : 建立單個執行緒池，執行緒池中只有一個執行緒。返回型別是ExecutorService。
4、newScheduledThreadPool() : 建立固定大小的執行緒池，可以延遲或定時的執行任務。返回型別ScheduledExecutorService。ThreadPoolExecutor常用的方法
- execute():提交任務，交給執行緒池執行。
- submit():提交任務，能夠返回執行結果 execute + Future
- shutdown():關閉執行緒池，等待任務都執行完
- shutdownNow():關閉執行緒池，不等待任務執行完
- getTaskCount():執行緒池已執行和未執行的任務總數
- getCompletedTaskCount():已完成的任務數量
- getPoolSize():執行緒池當前的執行緒數量
- getActiveCount();當前執行緒池中正在執行任務的執行緒數量
執行緒池工具類的引數介紹
在介紹執行緒池原理的時候首先看一下這四個工具類原始碼。
其實這四個工具類都是例項化ThreadPoolExecutor這個類。進入ThreadPoolExecutor裡檢視這個建構函式。ThreadPoolExecutor建構函式有4種。這裡介紹引數最多的。
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, //核心執行緒數
int maximumPoolSize,//最大執行緒數
long keepAliveTime,//表示執行緒沒有任務執行時最多保持多久時間會終止。
TimeUnit unit, //引數keepAliveTime的時間單位，有7種取值
BlockingQueue<Runnable> workQueue, //阻塞佇列，儲存等待執行的任務，很重要，會對執行緒池執行過程產生重大影響
ThreadFactory threadFactory, //執行緒工廠，用來建立執行緒
RejectedExecutionHandler handler //當拒絕處理任務時的策略
)
拒絕策略有四種
1、AbortPolicy 預設 處理程式遭到拒絕將丟擲執行時 RejectedExecutionException
2、CallerRunsPolicy 用呼叫者所在的執行緒呼叫任務
3、DiscardOldestPolicy 如果執行程式沒有關閉，阻塞佇列頭部的任務將被刪除，然後重試執行程式（如果再次失敗，則重複此過程）
4、DiscardPolicy 不能執行的任務將被刪除，只不過不丟擲異常。
如果執行的執行緒數少於corePoolSize的時候，直接建立新執行緒處理任務。
如果執行的執行緒數大於等於corePoolSize，小於maximumPoolSize的時候，只有當workQueue滿的時候才建立新的執行緒去處理任務。
如果設定的corePoolSize和maximumPoolSize相同的話，那麼建立執行緒池大小是固定的。這時候如果有請求，workQueue還沒滿的時候，就把請求放入workQueue中，等待有空閒的執行緒從這裡面提取。為什麼執行緒池要用阻塞佇列而不用非阻塞佇列？
因為執行緒執行需要時間，當佇列滿的情況下，遇到新的任務新增不進去，會出現丟任務的情況。用阻塞佇列的話，可以阻
塞新增，等執行緒執行完，有空餘執行緒，會執行阻塞佇列裡的任務，這樣新的任務可以新增進去。
接下來具體介紹執行原理，以及核心執行緒數與最大執行緒數的關係。
執行緒池原理剖析
提交一個任務到執行緒池中，執行緒池的處理流程有三步：
1、判斷執行緒池裡的核心執行緒是否都在執行任務，如果不是（核心執行緒空閒或者還有核心執行緒沒有被建立）則建立一個新的工作執行緒來執行任務。如果核心執行緒都在執行任務，則進入下個流程。
2、執行緒池判斷阻塞佇列是否已滿，如果阻塞佇列沒有滿，則將新提交的任務儲存在這個阻塞佇列裡。如果阻塞佇列滿了，則進入下個流程。
3、判斷執行緒池裡的執行緒是否都處於工作狀態，如果沒有，則建立一個新的工作執行緒來執行任務(也是放線上程池裡)。如果已經滿了，則交給飽和策略來處理這個任務。
自定義執行緒池
如果上圖不理解的話，可以結合程式碼在想著可能會更好理解。根據四個工具類可以得出想要自定義執行緒池就例項化ThreadPoolExecutor即可，就是根據需要例項化ThreadPoolExecutor，如下圖，自定義一個核心執行緒數為1，最大執行緒數為2，阻塞佇列為ArrayBlockingQueue。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 核心執行緒數是1，最大執行緒數是2，阻塞佇列是採用ArrayBlockingQueue(有邊界的阻塞佇列)
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(3));
//當執行第一個任務時，直接從執行緒池中取出執行緒執行
threadPoolExecutor .execute(new TaskThread("任務1"));
//當執行第二個的時候，因為大於核心執行緒數，所以放在阻塞佇列中
threadPoolExecutor .execute(new TaskThread("任務2"));
//當執行第三個的時候，因為大於核心執行緒數，所以放在阻塞佇列中
threadPoolExecutor .execute(new TaskThread("任務3"));
//當執行第四個的時候，因為大於核心執行緒數，所以放在阻塞佇列中
threadPoolExecutor .execute(new TaskThread("任務4"));
//當執行第五個的時候，因為大於核心執行緒數，且阻塞佇列已經被佔滿，這個時候最大執行緒數還有空閒執行緒，所以新建一個執行緒執行該任務
threadPoolExecutor .execute(new TaskThread("任務5"));
//當放入第六個執行緒的時候，因為2個最大執行緒數和3個阻塞佇列全被佔用，所以會報錯
threadPoolExecutor .execute(new TaskThread("任務6"));
//關閉執行緒池
threadPoolExecutor .shutdown();
}
}
class TaskThread implements Runnable {
private String taskName;
public TaskThred(String taskName) {
this.taskName = taskName;
}
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+taskName);
}
}
執行緒池的合理配置
1、CPU密集型：花費了絕大多數時間在計算上
CPU密集的意思是該任務需要大量的運算，而沒有阻塞，CPU一直全速執行。
CPU密集任務只有在真正的多核CPU上才可能得到加速(通過多執行緒)，而在單核CPU上，無論你開幾個模擬的多執行緒，該任務都不可能得到加速，因為CPU總的運算能力就那些。
CPU密集型任務，就需要儘量壓榨CPU，參考值可以設為CPU+1
2、I/O密集型： 花費了大多是時間在等待I/O上。
IO密集型，即該任務需要大量的IO，即大量的阻塞。在單執行緒上執行IO密集型的任務會導致浪費大量的CPU運算能力浪費在等待。所以在IO密集型任務中使用多執行緒可以大大的加速程式執行，即時在單核CPU上，這種加速主要就是利用了被浪費掉的阻塞時間。
IO密集型任務，參考值可以設定為2*CPU。