JUC多线程：线程池的创建及工作原理

一、什么是线程池：

线程池主要是为了解决 新任务执行时，应用程序为任务创建一个新线程 以及 任务执行完毕时，销毁线程所带来的开销。通过线程池，可以在项目初始化时就创建一个线程集合，然后在需要执行新任务时重用这些线程而不是每次都新建一个线程，一旦任务已经完成了，线程回到线程池中并等待下一次分配任务，达到资源复用的效果。

1、线程池的主要优势有：

（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。

二、创建线程池：

1、通过Executors创建线程池：

在JUC包中的Executors中，提供了一些静态方法，用于快速创建线程池，常见的线程池有：

（1）newSingleThreadExecutor：创建一个只有一个线程的线程池，串行执行所有任务，即使空闲时也不会被关闭。可以保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。

适用场景：需要保证顺序地执行各个任务；并且在任意时间点，不会有多个线程活动的应用场景。

（2）newFixedThreadPool：创建一个固定线程数量的线程池（corePoolSize == maximumPoolSize，使用LinkedBlockingQuene作为阻塞队列）。初始化时线程数量为零，之后每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大容量。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

适用场景：为了满足资源管理的需求，而需要限制当前线程数量的应用场景，它适用于负载比较重的服务器。

（3）newCachedThreadPool：创建一个可缓存的线程池，线程的最大数量为Integer.MAX_VALUE。空闲线程会临时缓存下来，线程会等待60s还是没有任务加入的话就会被关闭。

适用场景：适用于执行很多的短时间异步任务的小程序，或者是负载较轻的服务器。

（4）newScheduledThreadPool：创建一个支持执行延迟任务或者周期性执行任务的线程池。

2、ThreadPoolExecutor构造函数参数的说明：

使用Executors创建的线程池，其本质都是通过不同的参数构造一个ThreadPoolExecutor对象，主要包含以下7个参数：

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

（1）corePoolSize：线程池中的核心线程数，当提交一个任务时，线程池创建一个新线程执行任务，直到当前线程数等于corePoolSize；如果当前线程数为corePoolSize，继续提交的任务被保存到阻塞队列workQueue中，等待被执行；如果执行了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有核心线程。

（2）maximumPoolSize：线程池中允许的最大线程数。如果当前workQueue满了之后可以创建的最大线程数。

（3）keepAliveTime：空闲线程的存活时间。

（4）unit：keepAliveTime空闲线程存活时间的单位；

（5）workQueue：阻塞队列，用来存放等待被执行的任务，且任务必须实现Runnable接口，在JDK中提供了如下阻塞队列：

• ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，按FIFO排序任务;
• LinkedBlockingQuene：基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序任务，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；
• SynchronousQuene：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQuene
• PriorityBlockingQuene：具有优先级的无界阻塞队列；
• DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素。
• LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。与SynchronousQueue类似，还含有非阻塞方法。
• LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

（6）threadFactory：线程工厂，主要用来创建线程，默认为正常优先级、非守护线程。

（7）handler：线程池拒绝任务时的处理策略。

3、不要使用Executors创建线程池：

阿里巴巴开发手册并发编程有一条规定：线程池不允许使用Executors去创建，而是通过ThreadPoolExecutor的方式，这是为什么呢？主要是因为这样的可以避免资源耗尽的风险，因为使用Executors返回线程池对象的弊端有：

（1）FixedThreadPool 和 SingleThreadPool 允许的阻塞队列长度为 Integer.MAX_VALUE，这样会导致堆积大量的请求，从而导致OOM；

（2）CachedThreadPool 允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

所以创建线程池，最好是根据线程池的用途，然后自己创建线程池。
 

三、线程池执行策略：

执行逻辑说明：

（1）当客户端提交任务时，线程池先判断核心线程数是否小于corePoolSize，如果是，则创建新的核心线程数运行这个任务；

（2）如果正在运行的线程数大于或等于corePoolSize，则判断workQueue队列是否已满，如果未满，则将任务放入workQueue中；

（3）如果workQueue队列已经满了，则判断当前线程池中的线程数量是否大于maximumPoolSize，如果小于maximumPoolSize，则启动一个非核心线程来执行任务；

（4）如果线程池中线程数量大于或等于maximumPoolSize，那么线程池会根据设定的拒绝策略，做出相应的措施。

• ThreadPoolExecutor.AbortPolic(默认)：抛出RejectedExecutionException异常；
• ThereadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：在当前正在执行的线程的execute方法中运行被拒绝的任务。
• ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPoliy：丢弃workQueue中等待最长时间的任务，并将被拒绝的任务添加到队列之中。
• ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：将直接丢弃此线程。

（5）当一个线程完成任务时，它会从workQueue中获取下一个任务来执行。

（6）当一个线程空闲超过keepAliveTime设定的时间时，线程池会判断，如果当前线程数大于corePoolSize，那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到corePoolSize的大小。
 

四、如何合理的配置Java线程池？

1、并发高、任务执行时间短：线程数大概和机器的cpu核数相当，可以使得每个线程都在执行任务，减少线程上下文的切换；

2、并发不高、任务执行时间长：

（1）IO密集型：因为IO操作并不占用CPU，大部分线程都阻塞，故需要多配置线程数，让CPU处理更多的业务；

（2）CPU密集型：线程池中的线程数设置得跟CPU核数差不多，减少线程上下文的切换；

3、并发高、业务执行时间长：

解决这种类型任务的关键不在于线程池而在于整体架构的设计，看看这些业务里面某些数据是否能做缓存是第一步，增加服务器是第二步。最后，业务执行时间长的问题，也可能需要分析一下，看看能不能使用中间件对任务进行拆分和解耦。

4、有界队列和无界队列的配置：

一般情况下配置有界队列，在一些可能会有爆发性增长的情况下使用无界队列。任务非常多时，使用非阻塞队列并使用CAS操作替代锁可以获得好的吞吐量。