JUC系列 (1) —— ThreadPool 线程池

J.U.C 系列第一篇

一. JDK 中的线程池

子曰：温故而知新。前不久翻看 Java 的基础知识，又看了美团的一篇关于线程池的文章，于是乎我尝试着梳理下有关于 JDK 中线程池这块儿内容。

关于使用线程池的好处，这里就直接罗列出来了：

线程池可复用和协调多个线程，控制最大并发数
线程池实现了任务队列的缓存策略和拒绝机制
线程池可实现某些特点的功能，比如定时执行，周期执行等
隔离线程环境

JDK 1.5 以后， Doug Lea 大神为 JDK 贡献了 JUC 包，使得 Java 世界的并发编程迈上了一个新台阶。JUC 中提供的 Executors 框架，本身默认就提供了好几种线程池的实现，分别是：

1.1 Executors.newFixedThreadPool

java

// nThreads 固定线程数大小，既是核心线程数，也是最大线程数，无空闲线程 
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
 }

1.2 Executors.newCachedThreadPool

java

/** 最大线程数可达 Integer.MAX_VALUE， 高度可伸缩，由于线程池可以近似无限增长，存在 OOM 风险
**  keepAliveTime　默认60ｓ，工作线程空闲时将被回收
**/
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
}

1.3 Executors.newScheduledThreadPool

java

/**
 ** 同 cachedThreadPool 一样最大线程数可达 Integer.MAX_VALUE， 故同样有 OOM 风险，
 ** 支持定时及周期性执行任务，相比 Timer 之流功能更强大，不回收工作线程
 **/
public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
        return new DelegatedScheduledExecutorService
            (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
}

1.4 Executors.newSingleThreadPool

java

/**
 ** 单线程的线程池，串行执行所有任务 
 **/
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

1.5 Executors.newWorkStealingPool

java

 /**
 ** JDK 1.8 引入，创建持有足够线程的线程池来支持给定的并发度，另有构造函数 ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism)
 ** 通过使用多个队列来减少竞争
 **/
public static ExecutorService newWorkStealingPool() {
        return new ForkJoinPool
            (Runtime.getRuntime().availableProcessors(),
             ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
             null, true);
}

这五大核心构造函数，是 Executors 框架自带的 API. 其底层很多都依赖于 ThreadPoolExecutor 这个类。在阿里巴巴出版的《Java开发手册》中是这样写的：

【强制】线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险

强制开发人员直接使用这个类来创建线程池，因为 Executors 框架提供的默认实现内部很多都采用了无解队列，且允许创建的最大线程数为 Integer.MAX_VALUE，因此存在着资源耗尽的风险。

二. ThreadPoolExecutor

2.1 构造函数参数

从上面的代码也可以看到， ThreadPoolExecutor 的构造函数需要的参数还不少。摘录一个最全参数构造函数的源码如下：

java

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;
    }

具体参数为：

corePoolSize: 常驻核心线程数，一般会设置成大于0的整数，即使是空闲时间，也不会销毁，该值设置相当重要，需结合系统的 CPU 核心数目综合考量设置
maximumPoolSize: 表示线程池能够容纳同时执行的最大线程数，超出 corePoolSize 部分的线程数，在空闲时间到达 keepAliveTime 之后，将会被销毁
keepAliveTime: 表示线程池中超过coreSizePool 数目的其他线程允许空闲的最长时间，超过即销毁线程，直到线程池中的个数恢复为 corePoolSize.
timeUnit: 时间单位，keepAliveTime 参数的时间单位，通常为 TimeUnit.SECONDS
workQueue: 缓存任务队列，当请求的线程数大于 corePoolSize 时，任务会进入 BlockingQueue 阻塞队列，在 BlockingQueue 队列满了之后，如果还有新任务要处理，才有依据 maximumPoolSize 参数的设置新建线程。
threadFactory: 线程工厂。用来生产一组相同任务的线程，通常用来给线程池命名，方便排查问题。
handler: 拒绝策略执行器。当请求的线程数超过 maximumPoolSize 时，依据这个参数的设置采取接下来对应的任务请求处理策略。对应的拒绝策略 ThreadPoolExecutor 类中提供了四种实现：
- AbortPolicy （默认）: 丢弃任务并抛出异常 RejectedExecutionException
- DiscardPolicy ：丢弃任务，不抛出异常
- DiscardOldestPolicy：丢弃任务队列中等待最久的任务
- CallerRunsPolicy：调用任务的 run() 方法绕过线程池来执行

2.2 线程池状态

ThreadPoolExecutor 中采用一个 32bit 的 volatile 变量 ctl 的高3位来表征线程池的状态：

状态	高3位	接收新任务	处理队列任务	说明
RUNNING	111	YES	YES
SHUTDOWN	000	NO	YES	不会接收新任务，但会处理阻塞队列中的剩余任务
STOP	001	NO	NO	中断正在执行的任务，抛弃阻塞队列任务
TIDYING	010			任务全部执行完毕，活动线程为0，即将进入TERMINATED
TERMINATED	011			终结状态

三. ThreadPoolExecutor 源码详解

其实网上关于源码这方面的详细解读文章可谓是汗牛充栋，在这里我找了一篇很有代表性的文章，个人觉得这篇写得真的很详细，鄙人恐难以望其项背。贴在下面：

深入理解Java线程池：ThreadPoolExecutor

另外，也可参阅《码出高效——Java开发手册》中 P246~P251 的内容。

（本文完）