Java 线程池快速入门

一、线程池是哪个类？

java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 这个类。在搞清楚这个类怎么用之前，我们先要过一遍基本概念。

二、线程池基本概念

• 线程池由两个部分组成：池和任务队列。
• 池中有很多线程用于执行任务，而任务队列则是用于缓存将要执行的任务。
• 池中的线程都是并发执行，因此池越大，可以同时处理的任务就越多。
• 当池中的某个线程没有正在执行的任务时，可看作是空闲的。
• 提交的任务会首先交由空闲的线程执行。如果没有空闲线程，任务会先进入任务队列，然后池中的线程会从队列中取任务执行，执行完了取下一个任务，如此反复。
• 空闲的线程在一定条件下可以被销毁，以节省计算机资源。
• 当任务队列已满时，再有新的任务进来，就会要有相应的策略来处理。我们在创建线程池时可以选择需要的策略，后面将进行详述。

初学者可能会觉得这套机制有些复杂，所以最好多看几遍以加深理解。

当创建一个 ThreadPoolExecutor 对象时，其中的池和任务队列都会被创建起来。创建的时候，池和任务队列都会有一些配置项：

类型	配置项
int	corePoolSize
int	maximumPoolSize
long	keepAliveTime
TimeUnit	unit
BlockingQueue<Runnable>	workQueue
ThreadFactory	threadFactory
RejectedExecutionHandler	handler

这些配置项可以在 ThreadPoolExecutor 的构造方法中找到，如下图所示：

这些参数分为池的配置和队列的配置两方面，下面分别介绍下。

（一）池的配置项

• maximumPoolSize 指的是池的最大可用线程数。如果池中的线程数达到这个最大值，就不会再增加新的线程了。

• corePoolSize 可以理解为线程池“想要持有的线程数量”，什么意思呢？

  • 当实际线程数少于这个值时，凡是有新的任务到来，池都会创建新的线程来执行，不论当前是否存在空闲的线程。
  • 当实际线程数多于这个值时，如果一个线程空闲太久，池就会销毁这个线程，直到只剩下这么多线程为止。
• keepAliveTime 和 unit 就是用来指定当一个线程空闲多长时间，池需要检查该不该销毁它。这个配置仅当实际线程数多于 corePoolSize 时有效，当实际线程数少于或等于 corePoolSize 时，不论线程空闲多长时间都不会被销毁。
• threadFactory 用来指定一个创建线程的工厂对象。ThreadPoolExecutor 有一个默认的线程工厂，同时允许我们通过这个参数来自己定义如何创建线程。

最佳实践：

首先最大线程数应该是多少？这个取决于任务是 CPU 密集型还是 I/O 密集型。前者主要消耗 CPU，后者主要读写网络或磁盘或其他的流。如果任务是 CPU 密集型，那么线程池的 maximumPoolSize 超过主机 CPU 核数是没有意义的，一般设置为跟核数一样即可。如果任务是 I/O 密集型的，那么线程池可以设置的非常大，一个典型例子是 Tomcat 的线程池配置，设置为几百上千的都有。

其次是是否有必要自定义 threadFactory 参数？答案是有必要，我们需要给每一个线程起名字，这样在运维的时候我们就能直观的看到一个线程是做什么的。下面是一个简单的例子：

/**
 * 用于创建带名字的线程的线程池
 */
public class NamedThreadFactory implements ThreadFactory {

  private String name;

  private AtomicInteger counter = new AtomicInteger();

  public NamedThreadFactory(String name) {
    this.name = name;
  }

  @Override
  public Thread newThread(Runnable r) {
    return new Thread(r, name + "-" + counter.incrementAndGet());
  }
}

（二）队列的配置项

任务队列是一个 BlockingQueue 对象（我们通常选用 LinkedBlockingQueue，它的结构使得操作队列头尾的效率最高）。LinkedBlockingQueue只有一个配置参数，就是队列长度。默认的队列长度为 Integer.MAX_VALUE。

最后一个配置就是 ThreadPoolExecutor 的 handler 参数，类型是 RejectedExecutionHandler，其含义是当队列满了（此时池中也必然没有空闲的线程）的时候，对于新的任务该如何处理。Java 默认提供下面几个 RejectedExecutionHandler 的子类：

• CallerRunsPolicy：让提交任务的线程自己去执行这个任务，也就意味着这个线程会因此而阻塞。
• AbortPolicy：拒绝执行这个任务，并且在提交任务的线程中抛出 RejectedExecutionException 异常。
• DiscardPolicy：同样拒绝执行这个任务，但是不抛出异常。
• DiscardOldestPolicy：从任务队列中把最早加入的任务丢弃，然后把当前任务加进任务队列。

最佳实践：

首先不可使用默认的队列长度。如果这么做的话，在队列满掉之前，主机的内存就已经被撑爆，进程就挂掉了。队列长度直接影响了内存使用，因此要合理安排。

其次该选用哪个 RejectedExecutionHandler，一般情况下都会选 CallerRunsPolicy，因为只有它才不会把任务给丢了呀。

三、线程池的使用

（一）创建线程池

有了前面的说明，你应该知道这些参数怎么用了。下面是一个例子：

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    5, 10,
    1, TimeUnit.MINUTES,
    new LinkedBlockingQueue<>(10),
    new NamedThreadFactory("DEMO"), // 这个类参考上面的代码示例
    new CallerRunsPolicy()
);

（二）执行任务

只要调用线程池的 execute(Runnable) 方法就能将任务提交给线程池执行。

注意任务内容当中一定要捕获所有的异常，线程池本身可不会对异常做任何处理，包括打印错误日志，这些必须你自己来做。

下面是一个例子：

Runnable task = () -> System.out.println(
    "Hello from thread " + Thread.currentThread().getName()
);

// 向线程池提交 10 个任务
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    executor.execute(task);
}

（三）关闭线程池

当应用结束的时候，有两个要素要考虑：

1. 线程池队列当中的任务要如何处理；
2. 正在执行的那些任务要如何处理。

首先我们在设计上应该保证，队列中未被处理的任务是可以随时丢弃的。下次启动线程池后，这些未处理的任务可以重新再提交给线程池，业务不受影响。

其次对于正在执行的任务，我们应该保证，一旦在执行任务过程中，进程被结束，那么有两种处理策略：

1. 所有已经作出的状态变更都会回滚，下次执行这个任务又可以从头开始。例如数据库事务；
2. 这个任务可以从中间状态继续执行，比如下载文件中的断点续传。

但不管怎么样，我们希望当进程结束时，应该尽可能等待正在处理的任务执行完成，以减少出错的可能性。ThreadPoolExecutor 提供这样一种方式。下面是一个例子：

// 告诉线程池不再接受新的任务，也不再处理队列中的任务
executor.shutdownNow();
// 等待线程池中正在执行的任务都处理完毕，最多1小时
executor.awaitTermination(1, TimeUnit.HOURS);

以上就是对线程池的介绍。