• 线程池
  • 线程池创建方式
  • 通过 ThreadPoolExecutor 创建线程池
    • ThreadPoolExecutor 的总体设计
      • ThreadPoolExecutor 的继承关系
      • ThreadPoolExecutor 的运行机制
    • ThreadPoolExecutor 生命周期管理
    • 任务执行机制

线程池

线程池就是管理一系列线程的资源池。当有任务要处理时，直接从线程池中获取线程来处理，处理完之后线程并不会立即被销毁，而是等待下一个任务。

使用线程池的好处：

• 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：线程是稀缺资源，如果无限制的创建，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的分配，调优和监控。

线程池创建方式

线程池创建的方式：

• ThreadPoolExecutor 创建（推荐）

  使用线程池的好处是：减少在创建和销毁线程上所消耗的时间以及系统资源开销，解决资源不足的问题。如果不使用线程池，有可能会造成系统创建大量同类线程而导致消耗完内存或者“过度切换”的问题。

• 通过 Executor 框架的工具类 Executors 创建

  我们可以创建多种类型的 ThreadPoolExecutor：

  • FixedThreadPool：该方法返回一个固定线程数量的线程池。该线程池中的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时，线程池中若有空闲线程，则立即执行。若没有，则新的任务会被暂存在一个任务队列中，待有线程空闲时，便处理在任务队列中的任务。

  • SingleThreadExecutor： 该方法返回一个只有一个线程的线程池。若多余一个任务被提交到该线程池，任务会被保存在一个任务队列中，待线程空闲，按先入先出的顺序执行队列中的任务。

  • CachedThreadPool： 该方法返回一个可根据实际情况调整线程数量的线程池。初始大小为0。当有新任务提交时，如果当前线程池中没有线程可用，它会创建一个新的线程来处理该任务。如果在一段时间内（默认为60秒）没有新任务提交，核心线程会超时并被销毁，从而缩小线程池的大小。

  • ScheduledThreadPool：该方法返回一个用来在给定的延迟后运行任务或者定期执行任务的线程池

使用线程池的好处是减少在创建和销毁线程上所消耗的时间以及系统资源开销，解决资源不足的问题。如果不使用线程池，有可能会造成系统创建大量同类线程而导致消耗完内存或者“过度切换”的问题。

使用 Executors 创建线程池对象的弊端如下：

• FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor：使用的是无界的 LinkedBlockingQueue，任务队列最大长度为 Integer.MAX_VALUE,可能堆积大量的请求，从而导致 OOM。

• CachedThreadPool：使用的是同步队列 SynchronousQueue, 允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE ，如果任务数量过多且执行速度较慢，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

• ScheduledThreadPool 和 SingleThreadScheduledExecutor : 使用的无界的延迟阻塞队列DelayedWorkQueue，任务队列最大长度为 Integer.MAX_VALUE,可能堆积大量的请求，从而导致 OOM。

通过 ThreadPoolExecutor 创建线程池

ThreadPoolExecutor 的构造函数：

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

• corePoolSize：核心线程数，它的数量决定了添加的任务是开辟新的线程去执行，还是放到workQueue任务队列中去。

• maximumPoolSize：线程池中的最大线程数量，这个参数会根据 workQueue 任务队列的类型，决定线程池会开辟的最大线程数量。

  任务队列中存放的任务达到队列容量的时候，当前可以同时运行的线程数量变为最大线程数。

• keepAliveTime：当线程池中空闲线程数量超过 corePoolSize 时，多余的线程会在多长时间内被销毁。

  线程池中的线程数量大于 corePoolSize 的时候，如果这时没有新的任务提交，多余的空闲线程不会立即销毁，而是会等待，直到等待的时间超过了 keepAliveTime 才会被回收销毁，线程池回收线程时，会对核心线程和非核心线程一视同仁，直到线程池中线程的数量等于 corePoolSize ，回收过程才会停止。

• unit：keepAliveTime 的单位

• workQueue：工作队列，在任务执行之前用于保存任务的队列。

  可以选择的工作队列：ArrayBlockingQueue、DelayQueue、LinkedBlockingDeque、LinkedBlockingQueue、LinkedTransferQueue、PriorityBlockingQueue、SynchronousQueue

• threadFactory：线程工厂，用于创建线程，一般用默认即可。

• handler：拒绝策略；当任务太多来不及处理时，如何拒绝任务；

  可以选择的拒绝策略：ThreadPoolExecutor.AbortPolicy、ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy、ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy、ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy

线程池中各个参数的相互关系：

ThreadPoolExecutor 的总体设计

ThreadPoolExecutor 的继承关系

ThreadPoolExecutor 的 UML 类图如下：

ThreadPoolExecutor 的运行机制

ThreadPoolExecutor 运行机制如下图所示：

线程池在内部实际上构建了一个生产者消费者模型，将线程和任务两者解耦，并不直接关联，从而良好地缓冲任务，复用线程。

线程池的运行主要分成两部分：任务管理、线程管理。

• 任务管理部分充当生产者的角色，当任务提交后，线程池会判断该任务后续的流转：

  • 直接申请线程执行该任务；

  • 缓冲到队列中等待线程执行；

  • 拒绝该任务。

• 线程管理部分是消费者，它们被统一维护在线程池内，根据任务请求进行线程的分配，当线程执行完任务后则会继续获取新的任务去执行，最终当线程获取不到任务的时候，线程就会被回收。

ThreadPoolExecutor 生命周期管理

线程池内部使用一个变量维护两个值：运行状态（runState）和线程数量（workerCount），其源码如下：

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

ctl 这个 AtomicInteger 类型，是对线程池的运行状态和线程池中有效线程的数量进行控制的一个字段，它同时包含两部分的信息：

• 线程池的运行状态（runState）：变量 ctl 的高 3 位保存 runState；

• 线程池内有效线程的数量（workerCount）：变量 ctl 的低 29 位保存 workerCount。

其中，两个变量之间互不干扰，用一个变量去存储两个值，可避免在做相关决策时，出现不一致的情况，不必为了维护两者的一致，而占用锁资源。通过阅读线程池源代码也可以发现，经常出现要同时判断线程池运行状态和线程数量的情况。线程池也提供了若干方法去供用户获得线程池当前的运行状态、线程个数。这里都使用的是位运算的方式，相比于基本运算，速度也会快很多。

ThreadPoolExecutor的运行状态有5种，分别为：

其生命周期流转状态如下：

任务执行机制