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JavaThreadPoolExecutor

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一 为什么要使用线程池

对于操作系统而言，创建一个线程的代价是十分昂贵的, 需要给它分配内存、列入调度，同时在线程切换时要执行内存换页，清空 CPU 缓存，切换回来时还要重新从内存中读取信息，破坏了数据的局部性。因此在并发编程中，当线程创建过多时，会影响程序性能，甚至引起程序崩溃。

而线程池属于池化管理模式，具有以下优点:

二 线程池原理详解

2.1 线程池核心组成

线程池包含 3 个核心部分：

2.2 Execute 原理

当一个新任务提交至线程池之后，线程池的处理流程如下： 

当 ThreadPoolExecutor 创建新线程时，通过 CAS 来更新线程池的状态 ctl。

三 线程池的使用

线程池的使用主要分为以下三个步骤： 

3.1 创建线程池

3.1.1 自定义线程池

线程池的真正实现类是 ThreadPoolExecutor，其构造方法有如下 4 种：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         threadFactory, defaultHandler);
}
 
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

下面详细来看构造函数需要传入的重点参数：

3.1.2 功能线程池

除了调用 ThreadPoolExecutor 自定义线程池的方式，其实 Executors 也已经为我们封装好了 4 种常见的功能线程池，如下：

定长线程池（FixedThreadPool）

// 1. 创建定长线程池对象 & 设置线程池线程数量固定为 3
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
// 2. 创建好 Runnable 类线程对象 & 需执行的任务
Runnable task = new Runnable(){
  public void run() {
     ...//待执行的耗时任务
  }
};
// 3. 向线程池提交任务
fixedThreadPool.execute(task);

定时线程池（ScheduledThreadPool）

// 1. 创建定时线程池对象 & 设置线程池线程数量固定为 5
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
// 2. 创建好 Runnable 类线程对象 & 需执行的任务
Runnable task =new Runnable(){
  public void run() {
     ...//待执行的耗时任务
  }
};
// 3. 向线程池提交任务
scheduledThreadPool.schedule(task, 1, TimeUnit.SECONDS); // 延迟 1s 后执行任务

可缓存线程池（CachedThreadPool）

// 1. 创建可缓存线程池对象
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
// 2. 创建好 Runnable 类线程对象 & 需执行的任务
Runnable task =new Runnable(){
  public void run() {
     ...//待执行的耗时任务
  }
};
// 3. 向线程池提交任务
cachedThreadPool.execute(task);

单线程化线程池（SingleThreadExecutor）

// 1. 创建单线程化线程池
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
// 2. 创建好 Runnable 类线程对象 & 需执行的任务
Runnable task =new Runnable(){
  public void run() {
     ...//待执行的耗时任务
  }
};
// 3. 向线程池提交任务
singleThreadExecutor.execute(task);

3.1.3 功能线程池存在的问题

目前已不推荐使用功能线程池，而是通过自定义 ThreadPoolExecutor 的方式。因为直接使用功能线程池具有资源耗尽的风险。

3.2 向线程池提交任务

向线程池提交任务的流程非常简单，只需要向线程池的 execute 方法传入 Runnable 对象即可。

// 向线程池提交任务
threadPool.execute(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        ... //待执行的任务
    }
});

3.3 关闭线程池

当线程池不再使用时，需要手动关闭以释放资源。线程池关闭的原理是：遍历线程池中的所有线程，然后逐个调用线程的 interrupt 方法来中断线程。一般通过调用以下两个方法：

3.4 自定义线程池需要考虑因素

使用 ThreadPoolExecutor 自定义线程池时，需要从任务的优先级，任务的执行时间长短，任务的性质(CPU 密集/ IO 密集)，任务的依赖关系这四个角度来分析。并且近可能地使用有界的工作队列。

性质不同的任务可用使用不同规模的线程池分开处理:

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