線程池詳述

1. 線程池的原理

ThreadPoolExecutor 是線程池的核心類，繼承了AbstractExecutorService類，AbstractExecutorService實現ExecutorService接口，ExecutorService接口繼承Executor

1.1 構造方法中的參數

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
        BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler);

• corePoolSize
  當線程池的線程數目達到corePoolSize的時候，就會把的任務放到緩存隊列中
• maximumPoolSize
  表線程池最多能創建多少的線程數
• keepAliveTime
  表示線程沒有任務執行時，保持多久會結束，只有當線程池中的線程數大於corePoolSize時，keepAliveTime纔會起作用
• unit
  keepAliveTime的時間單位
• workQueue
  阻塞隊列，存儲等待執行的任務 ，有ArrayBlockingQueue;LinkedBlockingQueue;SynchronousQueue;
• threadFactory：
  線程工廠，主要用來創建線程
• handler：
  表示當拒絕處理任務時的策略，有以下四種取值
  ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務並拋出RejectedExecutionException異常。
  ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務，但是不拋出異常。
  ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄隊列最前面的任務，然後重新嘗試執行任務（重複此過程）
  ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由調用線程處理該任務

1.2. ThreadPoolExecutor的方法

• execute（） 向線程池提交一個任務，交由線程池去執行
• submit（）也是用來向線程池提交任務的，但是它和execute()方法不同，它能夠返回任務執行的結果，實際上還是調用的execute()方法，只不過它利用了Future來獲取任務執行結果
• shutdown()和shutdownNow()是用來關閉線程池

1.3.線程池狀態

  volatile int runState;
  static final int RUNNING    = 0;
  static final int SHUTDOWN   = 1;
  static final int STOP       = 2;
  static final int TERMINATED = 3;

• runState表示當前線程池的狀態，volatile變量，用來保證線程之間的可見性；
• RUNNING 線程池創建，初始時
• SHUTDOWN 調用了shutdown（），線程不能接受新的任務，等待所有任務執行完畢
• STOP 調用shutdownNow（），此時終止正在執行的任務。
• TERMINATED 所有工作線程已經銷燬，任務緩存隊列已經清空。

1.4.任務提交，根據不同線程數來做相應處理

在ThreadPoolExecutor類中，最核心的任務提交方法是execute()方法

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    if (poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
        if (runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
            if (runState != RUNNING || poolSize == 0)
                ensureQueuedTaskHandled(command);
        }
        else if (!addIfUnderMaximumPoolSize(command))
            reject(command); // is shutdown or saturated
    }
  }

• 如果當前線程池中的線程數目小於corePoolSize，則每來一個任務，就會創建一個線程去執行這個任務，然後將線程放入池子中；
• 如果當前線程池中的線程數目>=corePoolSize，則每來一個任務，會嘗試將其添加到任務緩存隊列當中，若添加成功，則該任務會等待空閒線程將其取出去執行；若添加失敗（一般來說是任務緩存隊列已滿），則會嘗試創建新的線程去執行這個任務；
• 如果當前線程池中的線程數目達到maximumPoolSize，則會採取任務拒絕策略進行處理；
• 如果線程池中的線程數量大於 corePoolSize時，線程空閒時間超過keepAliveTime，線程將被終；

1.5 總結：

（1）線程池初始化，默認初始化線程池中是沒有線程的，需要提交任務纔有。實踐中，可以先創建一定數量的線程。prestartCoreThread初始化一個核心線程，prestartAllCoreThread初始化所有核心線程
（2）任務提交的時候
如果線程數目小於corePoolSize，那麼就會創建線程去執行這個任務，將線程放入池子中；
如果maximumPoolSize>線程數目>=corePoolSize,那麼就會將任務添加到任務緩存隊列中（任務緩存隊列workQueue一般用LinkedBlockingQueue），等待空閒線程將其取出。如果添加失敗，說明緩存隊列滿了，需要重新創建一個線程。
如果線程數目達到如果maximumPoolSize，會採取拒絕策略處理。
同時線程數量>corePoolSize的時候，那麼線程空閒時間超過keepAliveTime，線程將會被終結。
（3）拒絕策略
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務並拋出RejectedExecutionException異常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務，但是不拋出異常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄隊列最前面的任務，然後重新嘗試執行任務（重複此過程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由調用線程處理該任務
（4）線程池關閉
shutdown()：等所有任務緩存隊列的任務執行完再關閉，但不會接收新任務。 SHUTDOWN
shutdownNow()：嘗試打斷正在執行的任務，並清空任務緩存隊列，返回正在執行的任務 STOP

2.四種線程池

2.1 Executors.newCachedThreadPool()
Executors.newCachedThreadPool(); //創建一個緩衝池，緩衝池容量大小爲Integer.MAX_VALUE
只有非核心線程，最大線程數很大（Int.Max(values)），它會爲每一個任務添加一個新的線程，這邊有一個超時機制，當空閒的線程超過60s內沒有用到的話，就會被回收。缺點就是沒有考慮到系統的實際內存大小。

2.2 Executors.newSingleThreadExecutor()
只有一個核心線程。其他任務進來就進入等待隊列等待。

2.3 Executors.newFixedThreadPool(int)
創建固定數量的核心線程數。

2.4 Executors.newScheduledThreadPool
創建一個定長線程池，支持定時及週期性任務執行。

3.線程池大小的設置

最佳線程數目 = （線程等待時間與線程CPU時間之比 + 1）* CPU數目

（1）高併發、任務執行時間短的業務，線程池線程數可以設置爲CPU核數+1，減少線程上下文的切換
（2）併發不高、任務執行時間長的業務要區分開看
假如是業務時間長集中在IO操作上，也就是IO密集型的任務，因爲IO操作並不佔用CPU，所以不要讓所有的CPU閒下來，可以適當加大線程池中的線程數目，讓CPU處理更多的業務
假如是業務時間長集中在計算操作上，也就是計算密集型任務，線程池中的線程數設置得少一些，減少線程上下文的切換
（3）併發高、業務執行時間長，解決這種類型任務的關鍵不在於線程池而在於整體架構的設計，看看這些業務裏面某些數據是否能做緩存是第一步，增加服務器是第二步，至於線程池的設置，設置參考（2）。最後，業務執行時間長的問題，也可能需要分析一下，看看能不能使用中間件對任務進行拆分和解耦。

4.Future&FutureTask

submit 方法 可以返回任務執行後的結果
將實現Callable接口的task進行submint，然後會返回一個用Future接口接收返回，get（）方法就是你需要返回的信息，get（）的時候，會從completionQueue隊列中去取，然後返回Future接口對象。好處是不用輪詢等待，直接get的話要等任務執行完，否則要調用awaitDone阻塞，輪詢查看futureTask的狀態。

Callable是一個泛型接口，call()函數返回的類型就是傳遞進來的泛型實參類型

public interface Callable<V> {
        V call() throws Exception;
}

FutureTask
實現了RunnableFuture接口，RunnableFuture接口繼承了Runnable，Future。只有當運算完成的時候結果才能取回，如果運算尚未完成get方法將會阻塞

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    void run();
}
public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>
public Future<V> submit(Callable<V> task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture<V> f = newTaskFor(task);
        executor.execute(new QueueingFuture(f));
        return f
}
private class QueueingFuture extends FutureTask<Void> {
    QueueingFuture(RunnableFuture<V> task) {
      super(task, null);
      this.task = task;
    }
    protected void done() { completionQueue.add(task); }
    private final Future<V> task;
}

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參考：https://www.cnblogs.com/exe19/p/5359885.html