一文读懂 Java 线程池
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为什么要用线程池
在生产环境，我们经常面临的情况是：处理某次请求的时间非常短暂，但是请求量很大。
在这种情况下，如果为每个请求单独创建一个线程，有限的硬件资源有可能会被OS创建线程，切换线程状态、销毁线程这些操作所占用，用于业务处理的资源反而减少了。
所以理想的处理方式是：将请求的线程数量控制在一个范围内，既保证后续的请求不会等待太长时间，又保证物理机将足够的资源用于请求处理本身。
线程池设计与结构
开发者通常利用 ThreadPoolExecutor 类的构造函数来创建不同配置的线程池：
ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximußmPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler)
透过这个构造方法，可以大致勾勒出线程池的基本组成，其大致的结构如下图所示。
这里一定要注意：存在于线程池中的一定是Thread对象，而不是你要处理的任务。因此才叫线程池而不是任务池，线程池会分配池中的一个空闲线程对象来运行提交的任务。
构成线程池的几个要素：
等待队列：
即将要执行的任务队列，因为某些原因，线程池并没有马上运行这些任务
核心线程：
执行任务的线程对象，其数量由 corePoolSize 指定
非核心线程：
一旦任务数量过多，线程池将创建非核心线程临时帮助运行任务
注意：实际上，并没有「核心线程」与「非核心线程」这样的概念，只是为了方便大家理解，而所有区分而已。因此，全文对这两个概念均加了引号。
线程池的大致工作流程：
1、开发者提交待执行任务，线程池收到这个任务请求后，有以下几种处理情况：
当前线程池中运行的线程数量还没有达到 corePoolSize 大小时，线程池会创建一个新线程执行提交的任务，无论之前创建的线程是否处于空闲状态。
当前线程池中运行的线程数量已经达到 corePoolSize 大小时，线程池会把任务加入到等待队列中，直到某一个线程空闲了，线程池会根据我们设置的等待队列规则，从队列中取出一个新的任务执行。
根据队列规则，这个任务无法加入到等待队列，这时线程池就会创建一个“非核心线程”直接运行这个任务。
注意，如果这种情况下任务执行成功，那么当前线程池中的线程数量一定大于 corePoolSize。
如果这个任务，无法被”核心线程”直接执行，又无法加入等待队列，又无法创建“非核心线程”直接执行，线程池将根据拒绝处理器定义的策略处理这个任务。
比如在 ThreadPoolExecutor 中，如果你没有为线程池设置 RejectedExecutionHandler。
这时线程池会抛出 RejectedExecutionException 异常，即线程池拒绝接受这个任务。
实际上抛出 RejectedExecutionException异常的操作，是 ThreadPoolExecutor 线程池中一个默认的RejectedExecutionHandler 实现。
2、一旦线程池中某个线程完成了任务的执行，它就会试图到任务等待队列中拿去下一个等待任务 ( 所有的等待任务都实现了 BlockingQueue 接口，这是一个可阻塞的队列接口 ) ，它会调用等待队列的 poll 方法，并停留在哪里。
3、当线程池中的线程超过您设置的 corePoolSize 参数，说明当前线程池中有所谓的“非核心线程”。那么当某个线程处理完任务后，如果等待 keepAliveTime 时间后仍然没有新的任务分配给它，那么这个线程将会被回收。线程池回收线程时，并不是所谓的“非核心线程”才会被回收，而是谁的空闲时间达到 keepAliveTime 这个阀值，就会被回收，直到线程池中线程的数量等于您设置的corePoolSize参数时，回收过程才会停止。
对所谓的“核心线程”和“非核心线程”是一视同仁的，直到线程池中线程的数量等于您设置的corePoolSize参数时，回收过程才会停止。
Executor 框架基本组成
使用 ThreadPoolExecutor 类的构造方法可以创建不同配置的线程池，但平时却很少使用。大多数应用场景下，使用Java并发包中的 Executors 提供的5个静态工厂方法就足够了。
首先，来看看 Executor 框架的基本组成：
Executor 是一个基础接口，只有一个 execute(Runnable) 方法，用于任务执行，它屏蔽了许多任务提交、线程创建和调度等不相关细节。
ExecutorService 接口则更加完善，提供了一些管理功能，比如 shutdown 方法用于关闭线程池；还提供了更加全面的任务提交机制，比如用 submit 方法提交任务，返回的是一个 Future 对象，用于获取任务执行结果；甚至还有批量处理任务的功能，比如 invokeAll 或者 invokeAny 等方法。
ThreadPoolExecutor、ScheduledThreadPoolExecutor、ForkJoinPool 则是 Java 提供的几种基础线程池实现，以满足复杂多变的应用场景。
Executors 是一个工具类，从简化使用的角度，提供了各种静态工厂方法来创建不同配置的线程池。
使用 ThreadPoolExecutor 创建线程池
前面的内容已经给出 ThreadPoolExecutor 的构造方法，这里对构造方法的后3个参数作详细的说明，帮你更好的理解和使用线程池。
线程池的等待队列
只要实现了 BlockingQueue 接口的队列，都可以作为线程池的等待队列，常见的比如：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue、PriorityBlockingQueue、LinkedTransferQueue等，至于每种队列的区别以及原理，不再本文讨论范文内。
但网上有些内容真的很容易误导人，这里提两句。
SynchronousQueue 也可以存储数据，且是无锁实现，只是size()方法直接返回0而已。因此，网上的很多内容在把 SynchronousQueue 和 LinkedBlockingQueue 与 LinkedTransferQueue 作对比时，部分内容的正确性是有待确认的，这点需要读者自己注意。
PriorityBlockingQueue 会按照优先级进行对内部元素进行排序，优先级最高的元素将始终排在队列的头部。但它不会保证优先级一样的元素的排序，也不保证当前队列中除了优先级最高的元素以外的元素，处于正确排序的位置。因此，它并不是真正意义的排序。
线程池的 ThreadFactory
线程池最主要的一项工作，就是在满足某些条件的情况下创建线程。而在 ThreadPoolExecutor 线程池中，创建线程的工作交给 ThreadFactory 来完成。要使用线程池，就必须要指定 ThreadFactory。如果没有指定，会使用默认的 ThreadFactory：DefaultThreadFactory (这个类在Executors工具类中)。
当然，在某些特殊业务场景下，您还可以使用一个自定义的 ThreadFactory 线程工厂，如下代码片段：
public class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {public Thread newThread(Runnable r) {return new Thread(r);}}
线程池的拒绝策略
在 ThreadPoolExecutor 线程池中还有一个重要的接口：RejectedExecutionHandler。当提交任务给线程池时，出现以下情况时，线程池会拒绝处理这个任务，并触发线程池创建时定义的拒绝策略：
新任务无法直接被线程池中“核心线程”直接处理，又无法加入等待队列，也无法创建新的线程执行
线程池已经调用 shutdown 方法停止了工作
线程池不是处于正常的工作状态
实际上，在 ThreadPoolExecutor 中已经提供了四种可以直接使用的 RejectedExecutionHandler 接口的实现：
CallerRunsPolicy：
在非线程池以外直接调用这个任务的run方法
DiscardPolicy：
直接丢弃这个被拒绝的任务，且没有任何提示
DiscardOldestPolicy：
丢弃等待队列队首的任务，将当前被拒绝的任务提交到线程池执行
AbortPolicy：
拒绝任务并抛出 RejectedExecutionException 异常
其中，CallerRunsPolicy 直接调用任务的 run 方法，可能会造成线程安全问题；DiscardPolicy 默默的忽略掉被拒绝任务，也没有输出日志或者任何提示，开发者就无法得知线程池在处理过程出现的错误；DiscardOldestPolicy 貌似是科学的，但如果等待队列出现了容量问题，很多任务会被直接丢弃，这时，业务会出现BUG，但开发者却很难定位到。
因此，比较科学的还是 AbortPolicy 提供的处理方式：抛出异常，由开发人员进行处理。当然，特殊情况下，我也建议使用自定义拒绝策略，可以缓存任务到Redis，或者发送消息到MQ通知业务方。
扩展 ThreadPoolExecutor 线程池
在 ThreadPoolExecutor 中提供了3个方法供子类重写，它们可以帮助开发者在线程池处理任务的不同阶段，进行额外的业务处理操作：
beforeExecute：
当线程池正要开始执行某个任务时，线程池会触发这个方法的调用。
afterExecute：
当线程池完成了某个任务的执行后，线程池就会触发这个方法。
terminated：
当线程池本身停止执行的时候，该方法就会被调用。
Execute 和 Submit 方法的区别
ThreadPoolExecutor 提供 execute 和 submit 两个方法用于提交任务，其中：
execute：提交的任务实现 Runnable 接口，任务没有任何返回值，因此，无法获取任何执行结果。
submit：提交的任务实现 Callable 接口，在任务运行完成后，会返回执行结果。
当然 submit 方法也可以提交实现 Runnable 接口的任务，但其处理方式与 execute 方法的处理方式完全不同：使用 submit 方法提交的实现了 Runnable 接口的任务，将会被封装到线程池内部使用 Executors.callable 方法创建的 RunnableAdapter 对象中，而 RunnableAdapter 又继承自 Callable。
线程池实践
理解 Executors 创建的线程池
如果使用 Executors 创建线程池，那么一定要理解每个方法创建出来的线程池的配置是什么。
比如，newCachedThreadPool 方法创建的线程池，其 corePoolSize = 0，而 maximumPoolSize = Integer.MAX，而其等待队列是 SynchronousQueue，不能缓冲数据。它会试图缓存线程并重用，当无缓存线程可用时，就会创建新的工作线程；如果线程闲置的时间超过 60 秒，则被终止并移出缓存；长时间闲置时，这种线程池，不会消耗什么资源。但需要着重注意的是，过快的任务提交速度，不但会导致线程数的急剧增加，也增加了程序OOM的风险。
而newFixedThreadPool ( int nThreads) 方法中，corePoolSize=maximumPoolSize=nThreads，任何时候最多有nThreads 个工作线程是活动的，这也意味着如果任务数量超过了活动队列数目，将在工作队列中等待空闲线程出现；如果有工作线程退出，将会有新的工作线程被创建，以补足指定的数目 nThreads。
实际应用场景中，可能有很多人滥用了这些方法，所以，阿里Java规约建议使用 ThreadPoolExecutor 构造方法来代替 Executors。
不要随意创建线程池
站在应用或者服务的角度，对整个服务中线程的用途归类，每个分类创建合适的线程池即可。
看到过挺多代码，只要用到线程，就是用 Executors 在类中创建了一个线程池，这样挺不好的。
记住一点：服务中创建的线程池越多，就越不好监控，也越不好配置合适的线程池数量。
线程池大小如何配置
也许你已经看到过无数计算最佳线程数的公式，首先，随便选一个，真的无所谓。
然后，随时监控线程池状态。最简单的方式，每次提交任务时，在日志中记录下线程池的几个关键参数：corePoolSize、maximumPoolSize、线程池当前线程数量、工作队列长度。
最后，相信我，有上面4个参数，再结合硬件资源，你能够很清楚的知道，自己的线程池配置是否合适。
避免任务堆积
开发者要随时注意，任务的耗时，以免线程池被耗尽，等待队列被填满。
如果任务依赖于第三方服务，一定要设置超时时间。
避免任务丢失
在一些特殊的情况下，线程池的负载短时间内快速升高，有可能会触发拒绝策略，如果提交的任务不允许丢失，那么需要自定义拒绝策略，将任务暂存到数据库或者缓存中。
也就是在使用线程池时，要尽量兼顾到线程池的所有使用场景。
正确的关闭线程池
调用线程池的 shutdown 方法后，线程池不再接受新任务，如果继续提交，线程池会使用拒绝策略响应。
调用线程池的 shutdownNow 方法，会中断所有线程，然后取出工作队列中所有未完成的任务返回给调用者。
调用这两个方法都不会主动等待任务执行结束，在某些场景下，在关闭线程池时，需要保证所有的任务均执行完毕，可以调用 awaitTermination 方法判断。
如果线程池任务执行结束，awaitTermination 方法将会返回 true，否则在等待指定时间后将会返回 false。
// 阻止接收新任务threadPool.shutdown();// 等待线程池中的任务执行完成while (!threadPool.awaitTermination(60,TimeUnit.SECONDS)){// do nothing}// 示例代码，不建议生产环境直接使用// 如果有任务卡住，会导致线程池不能关闭