线程池 - 悦读

本文包含知识点

线程池的使用场景分析
线程池的创建及重要参数

1.线程池使用场景？

java中经常需要用到多线程来处理一些业务，我们非常不建议单纯使用继承Thread或者实现Runnable接口的方式来创建线程，那样势必有创建及销毁线程耗费资源、线程上下文切换问题。同时创建过多的线程也可能引发资源耗尽的风险，这个时候引入线程池比较合理，方便线程任务的管理。java中涉及到线程池的相关类均在jdk1.5开始的java.util.concurrent包中，涉及到的几个核心类及接口包括：Executor、Executors、ExecutorService、ThreadPoolExecutor、FutureTask、Callable、Runnable等。

加快请求响应（响应时间优先）
比如用户在饿了么上查看某商家外卖，需要聚合商品库存、店家、价格、红包优惠等等信息返回给用户，接口逻辑涉及到聚合、级联等查询，从这个角度来看接口返回越快越好，那么就可以使用多线程方式，把聚合/级联查询等任务采用并行方式执行，从而缩短接口响应时间。这种场景下使用线程池的目的就是为了缩短响应时间，往往不去设置队列去缓冲并发的请求，而是会适当调高corePoolSize和maxPoolSize去尽可能的创造线程来执行任务。
加快处理大任务（吞吐量优先）
比如业务中台每10分钟就调用接口统计每个系统/项目的PV/UV等指标然后写入多个sheet页中返回，这种情况下往往也会使用多线程方式来并行统计。和"时间优先"场景不同，这种场景的关注点不在于尽可能快的返回，而是关注利用有限的资源尽可能的在单位时间内处理更多的任务，即吞吐量优先。这种场景下我们往往会设置队列来缓冲并发任务，并且设置合理的corePoolSize和maxPoolSize参数，这个时候如果设置了太大的corePoolSize和maxPoolSize可能还会因为线程上下文频繁切换降低任务处理速度，从而导致吞吐量降低。

以上两种使用场景和JVM里的ParallelScavenge和CMS垃圾收集器有较大的类比性，ParallelScavenge垃圾收集器关注点在于达到可观的吞吐量，而CMS垃圾收集器重点关注尽可能缩短GC停顿时间。

本人项目中使用线程池的一个需求场景

2.线程池的创建及重要参数

线程池可以自动创建也可以手动创建，自动创建体现在Executors工具类中，常见的可以创建newFixedThreadPool、newCachedThreadPool、newSingleThreadExecutor、newScheduledThreadPool；手动创建体现在可以灵活设置线程池的各个参数，体现在代码中即ThreadPoolExecutor类构造器上各个实参的不同：

  public static ExecutorService newFixedThreadPool(int var0) {
        return new ThreadPoolExecutor(var0, var0, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue());
  }
	
  public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new Executors.FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue()));
  }
 
  public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, 2147483647, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue());
  }
 
  public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int var0) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(var0);
  }
  //手动创建线程池
 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                           int maximumPoolSize,
                           long keepAliveTime,
                           TimeUnit unit,
                           BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                           ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {……}

ThreadPoolExecutor中重要的几个参数详解

corePoolSize：核心线程数，也是线程池中常驻的线程数，线程池初始化时默认是没有线程的，当任务来临时才开始创建线程去执行任务
maximumPoolSize：最大线程数，在核心线程数的基础上可能会额外增加一些非核心线程，需要注意的是只有当workQueue队列填满时才会创建多于corePoolSize的线程(线程池总线程数不超过maxPoolSize)
keepAliveTime：非核心线程的空闲时间超过keepAliveTime就会被自动终止回收掉，注意当corePoolSize=maxPoolSize时，keepAliveTime参数也就不起作用了(因为不存在非核心线程)；
unit：keepAliveTime的时间单位
workQueue：用于保存任务的队列，可以为无界、有界、同步移交三种队列类型之一，当池子里的工作线程数大于corePoolSize时，这时新进来的任务会被放到队列中
threadFactory：创建线程的工厂类，默认使用Executors.defaultThreadFactory()，也可以使用guava库的ThreadFactoryBuilder来创建
handler：线程池无法继续接收任务(队列已满且线程数达到maximunPoolSize)时的饱和策略，取值有AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardOldestPolicy、DiscardPolicy

线程池中的线程创建流程图：

在这里插入图片描述

举个栗子：现有一个线程池，corePoolSize=10，maxPoolSize=20，队列长度为100，那么当任务过来会先创建10个核心线程数，接下来进来的任务会进入到队列中直到队列满了，会创建额外的线程来执行任务(最多20个线程)，这个时候如果再来任务就会执行拒绝策略。

workQueue队列

SynchronousQueue(同步移交队列)：队列不作为任务的缓冲方式，可以简单理解为队列长度为零
LinkedBlockingQueue(无界队列)：队列长度不受限制，当请求越来越多时(任务处理速度跟不上任务处理速度造成请求堆积)可能导致内存占用过多或OOM
ArrayBlockintQueue(有界队列)：队列长度受限，当队列满了就需要创建多余的线程来执行任务

常见的几种自动创建线程池方式

自动创建线程池的几种方式都封装在Executors工具类中：

newFixedThreadPool：使用的构造方式为new ThreadPoolExecutor(var0, var0, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue())，设置了corePoolSize=maxPoolSize，keepAliveTime=0(此时该参数没作用)，无界队列，任务可以无限放入，当请求过多时(任务处理速度跟不上任务提交速度造成请求堆积)可能导致占用过多内存或直接导致OOM异常
newSingleThreadExector：使用的构造方式为new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue(), var0)，基本同newFixedThreadPool，但是将线程数设置为了1，单线程，弊端和newFixedThreadPool一致
newCachedThreadPool：使用的构造方式为new ThreadPoolExecutor(0, 2147483647, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue())，corePoolSize=0，maxPoolSize为很大的数，同步移交队列，也就是说不维护常驻线程(核心线程)，每次来请求直接创建新线程来处理任务，也不使用队列缓冲，会自动回收多余线程，由于将maxPoolSize设置成Integer.MAX_VALUE，当请求很多时就可能创建过多的线程，导致资源耗尽OOM
newScheduledThreadPool：使用的构造方式为new ThreadPoolExecutor(var1, 2147483647, 0L, TimeUnit.NANOSECONDS, new ScheduledThreadPoolExecutor.DelayedWorkQueue())，支持定时周期性执行，注意一下使用的是延迟队列，弊端同newCachedThreadPool一致。

所以根据上面分析我们可以看到，FixedThreadPool和SigleThreadExecutor中之所以用LinkedBlockingQueue无界队列，是因为设置了corePoolSize=maxPoolSize，线程数无法动态扩展，于是就设置了无界阻塞队列来应对不可知的任务量；而CachedThreadPool则使用的是SynchronousQueue同步移交队列，为什么使用这个队列呢？因为CachedThreadPool设置了corePoolSize=0，maxPoolSize=Integer.MAX_VALUE，来一个任务就创建一个线程来执行任务，用不到队列来存储任务；SchduledThreadPool用的是延迟队列DelayedWorkQueue。在实际项目开发中也是推荐使用手动创建线程池的方式，而不用默认方式，关于这点在《阿里巴巴开发规范》中是这样描述的：

在这里插入图片描述

handler拒绝策略

AbortPolicy：中断抛出异常
DiscardPolicy：默默丢弃任务，不进行任何通知
DiscardOldestPolicy：丢弃掉在队列中存在时间最久的任务
CallerRunsPolicy：让提交任务的线程去执行任务(对比前三种比较友好一丢丢)

关闭线程池

shutdownNow()：立即关闭线程池(暴力)，正在执行中的及队列中的任务会被中断，同时该方法会返回被中断的队列中的任务列表
shutdown()：平滑关闭线程池，正在执行中的及队列中的任务能执行完成，后续进来的任务会被执行拒绝策略
isTerminated()：当正在执行的任务及对列中的任务全部都执行（清空）完就会返回true
books 线程池实现线程复用的原理

手动创建线程池(推荐)

那么上面说了使用Executors工具类创建的线程池有隐患，那如何使用才能避免这个隐患呢？对症下药，建立自己的线程工厂类，灵活设置关键参数：

//这里默认拒绝策略为AbortPolicy
private static ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10,10,60L, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue(10));

使用guava包中的ThreadFactoryBuilder工厂类来构造线程池:

private static ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().build();
 
private static ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(10, 10, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(10), threadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

通过guava的ThreadFactory工厂类还可以指定线程组名称，这对于后期定位错误时也是很有帮助的

ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("thread-pool-d%").build();