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JAVA 线程池入门

引用

https://tech.meituan.com/2020/04/02/java-pooling-pratice-in-meituan.html 太强了
https://objcoding.com/2019/04/11/threadpool-initial-parameters/
https://my.oschina.net/andylucc/blog/648127
https://cloud.tencent.com/developer/article/1639857
https://juejin.cn/post/6844903634975768590

Thread pool

线程池（Thread Pool）是一种基于池化思想管理线程的工具，经常出现在多线程服务器中，如MySQL。

线程过多会带来额外的开销，其中包括创建销毁线程的开销、调度线程的开销等等，同时也降低了计算机的整体性能。线程池维护多个线程，等待监督管理者分配可并发执行的任务。这种做法，一方面避免了处理任务时创建销毁线程开销的代价，另一方面避免了线程数量膨胀导致的过分调度问题，保证了对内核的充分利用。

优势

  • 降低资源消耗：通过池化技术重复利用已创建的线程，降低线程创建和销毁造成的损耗。
  • 提高响应速度：任务到达时，无需等待线程创建即可立即执行。
  • 提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制创建，不仅会消耗系统资源，还会因为线程的不合理分布导致资源调度失衡，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。
  • 提供更多更强大的功能：线程池具备可拓展性，允许开发人员向其中增加更多的功能。比如延时定时线程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允许任务延期执行或定期执行。

ThreadPoolExecutor

Java中的线程池核心实现类是ThreadPoolExecutor

继承实现

image.png

Executor是ThreadPoolExecutor实现的顶层接口，顶层接口Executor提供了一种思想：将任务提交和任务执行进行解耦。用户无需关注如何创建线程，如何调度线程来执行任务，用户只需提供Runnable对象，将任务的运行逻辑提交到执行器(Executor)中，由Executor框架完成线程的调配和任务的执行部分。

ExecutorService接口增加了一些能力：（1）扩充执行任务的能力，补充可以为一个或一批异步任务生成Future的方法；（2）提供了管控线程池的方法，比如停止线程池的运行。

AbstractExecutorService则是上层的抽象类，将执行任务的流程串联了起来，保证下层的实现只需关注一个执行任务的方法即可。

ThreadPoolExecutor实现最复杂的运行部分，ThreadPoolExecutor将会一方面维护自身的生命周期，另一方面同时管理线程和任务，使两者良好的结合从而执行并行任务。

执行流程

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生命周期管理

5个生命周期

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其转换如下
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实现

线程池运行的状态，并不是用户显式设置的，而是伴随着线程池的运行，由内部来维护。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)。在具体实现中，线程池将运行状态(runState)、线程数量 (workerCount)两个关键参数的维护放在了一起，如下代码所示：

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) 和线程池内有效线程的数量 (workerCount)，高3位保存runState，低29位保存workerCount，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。

关于内部封装的获取生命周期状态、获取线程池线程数量的计算方法如以下代码所示：

private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; } //计算当前运行状态
private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }  //计算当前线程数量
private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; }   //通过状态和线程数生成ctl

线程池创建

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

解释一下参数（共7个）

corePoolSize

线程池核心线程数量，核心线程不会被回收，即使没有任务执行，也会保持空闲状态。如果线程池中的线程少于此数目，则在执行任务时创建（即创建线程池的时候没有线程，任务进入后开始创建）

maximumPoolSize

池允许最大的线程数，当线程数量达到corePoolSize，且workQueue队列塞满任务了之后，继续创建线程

keepAliveTime

超过corePoolSize之后的“临时线程”的存活时间

unit

keepAliveTime的单位

workQueue

当前线程数超过corePoolSize时，新的任务会处在等待状态，并存在workQueue中，BlockingQueue是一个先进先出的阻塞式队列实现，底层实现会涉及Java并发的AQS机制

threadFactory

创建线程的工厂类，通常我们会自顶一个threadFactory设置线程的名称，这样我们就可以知道线程是由哪个工厂类创建的，可以快速定位

handler

线程池执行拒绝策略，当线数量达到maximumPoolSize大小，并且workQueue也已经塞满了任务的情况下，线程池会调用handler拒绝策略来处理请求

不建议使用Executor创建线程池

JDK为我们提供了Executors线程池工具类，里面有默认的线程池创建策略，大概有以下几种：

FixedThreadPool

线程池线程数量固定，即corePoolSize和maximumPoolSize数量一样

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

SingleThreadPool

单个线程的线程池。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

CachedThreadPool

初始核心线程数量为0，最大线程数量为Integer.MAX_VALUE，线程空闲时存活时间为60秒，并且它的阻塞队列为SynchronousQueue，它的初始长度为0，这会导致任务每次进来都会创建线程来执行，在线程空闲时，存活时间到了又会释放线程资源。

    public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

ScheduledThreadPool

创建一个定长的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务执行，类似于Timer。

    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }

用Executors工具类虽然很方便，我依然不推荐大家使用以上默认的线程池创建策略，阿里巴巴开发手册也是强制不允许使用Executors来创建线程池

从JDK源码可看出，Executors工具类无非是把一些特定参数进行了封装，并提供一些方法供我们调用而已，我们并不能灵活地填写参数，策略过于简单，不够友好。

任务缓冲

任务缓冲模块是线程池能够管理任务的核心部分。线程池的本质是对任务和线程的管理，而做到这一点最关键的思想就是将任务和线程两者解耦，不让两者直接关联，才可以做后续的分配工作。线程池中是以生产者消费者模式，通过一个阻塞队列来实现的。阻塞队列缓存任务，工作线程从阻塞队列中获取任务。

阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。

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任务拒绝

任务拒绝模块是线程池的保护部分，线程池有一个最大的容量，当线程池的任务缓存队列已满，并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize时，就需要拒绝掉该任务，采取任务拒绝策略，保护线程池。
拒绝策略是一个接口，其设计如下：

public interface RejectedExecutionHandler {
    void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
}

image.png

使用案例

submit与execute

execute 传入Runnable 不返回值

void execute(Runnable command);

submit 传入 Callable 返回值

<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);//返回result，通常是参数传入runnable，以达到修改后返回的效果
Future<?> submit(Runnable task);//返回null

springboot 与线程池

根据官方文档的说明，springboot如果没有配置线程池的话，springboot会自动配置一个ThreadPoolTaskExecutor 线程池到bean中

ThreadPoolTaskExecutor ：springboot基于ThreadPoolExecutor实现的一个线程池执行类

public class ThreadPoolTaskExecutor extends ExecutorConfigurationSupport
		implements AsyncListenableTaskExecutor, SchedulingTaskExecutor

至虚极，守静笃

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