Java线程池ThreadPoolExecutor详解

1、线程池的工作原理？

1. 线程池刚创建时，里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过，就算队列里面有任务，线程池也不会马上执行它们。
2. 当调用 execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：
   1. 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；
   2. 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列。
   3. 如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么还是要创建线程运行这个任务；
   4. 如果队列满了，而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常，告诉调用者“我不能再接受任务了”。
3. 当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。
4. 当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，如果当前运行的线程数大于 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。

这样的过程说明，并不是先加入任务就一定会先执行。假设队列大小为 10，corePoolSize 为 3，maximumPoolSize 为 6，那么当加入 20 个任务时，执行的顺序就是这样的：首先执行任务 1、2、3，然后任务 4~13 被放入队列。这时候队列满了，任务 14、15、16 会被马上执行，而任务 17~20 则会抛出异常。最终顺序是：1、2、3、14、15、16、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13。

2、线程池有哪些配置项？

线程池可以使用java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor来创建，在该类中包含最全参数的构造函数如下：

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

相应的入参就是线程池可以配置的参数：

• corePoolSize ：核心池的大小，如果调用了prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，会直接预先创建corePoolSize的线程，否则当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中；这样做的好处是，如果任务量很小，那么甚至就不需要缓存任务，corePoolSize的线程就可以应对；
• maximumPoolSize：线程池最大线程数，表示在线程池中最多能创建多少个线程，如果运行中的线程超过了这个数字，那么相当于线程池已满，新来的任务会使用RejectedExecutionHandler 进行处理；
• keepAliveTime：表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止，然后线程池的数目维持在corePoolSize 大小；
• unit：参数keepAliveTime的时间单位；
• workQueue：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，如果当前对线程的需求超过了corePoolSize大小，才会放在这里；
• threadFactory：线程工厂，主要用来创建线程，比如可以指定线程的名字；
• handler：如果线程池已满，新的任务的处理方式

3、线程池的阻塞队列包含哪几种选择？

如果线程数超过了corePoolSize，则开始把线程先放到阻塞队列里，相当于生产者消费者的一个数据通道，有以下一些阻塞队列可供选择：

1. ArrayBlockingQueue
2. DelayQueue
3. LinkedBlockingQueue
4. PriorityBlockingQueue
5. SynchronousQueue

ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列，它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的，我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小，容量大小一旦指定就不可改变。

DelayQueue阻塞的是其内部元素，DelayQueue中的元素必须实现 java.util.concurrent.Delayed接口，该接口只有一个方法就是long getDelay(TimeUnit unit)，返回值就是队列元素被释放前的保持时间，如果返回0或者一个负值，就意味着该元素已经到期需要被释放，此时DelayedQueue会通过其take()方法释放此对象，DelayQueue可应用于定时关闭连接、缓存对象，超时处理等各种场景；

LinkedBlockingQueue阻塞队列大小的配置是可选的，如果我们初始化时指定一个大小，它就是有边界的，如果不指定，它就是无边界的。说是无边界，其实是采用了默认大小为Integer.MAX_VALUE的容量 。它的内部实现是一个链表。

PriorityBlockingQueue是一个没有边界的队列，它的排序规则和 java.util.PriorityQueue一样。需要注意，PriorityBlockingQueue中允许插入null对象。所有插入PriorityBlockingQueue的对象必须实现 java.lang.Comparable接口，队列优先级的排序规则就是按照我们对这个接口的实现来定义的。

SynchronousQueue队列内部仅允许容纳一个元素。当一个线程插入一个元素后会被阻塞，除非这个元素被另一个线程消费。

使用的最多的应该是LinkedBlockingQueue，注意一般情况下要配置一下队列大小，设置成有界队列，否则JVM内存会被撑爆！

4、如果线程池已经满了可是还有新的任务提交怎么办？

线程池已满的定义，是指运行线程数==maximumPoolSize，并且workQueue是有界队列并且已满（如果是无界队列当然永远不会满）；

这时候再提交任务怎么办呢？线程池会将任务传递给最后一个参数RejectedExecutionHandler来处理，比如打印报错日志、抛出异常、存储到Mysql/redis用于后续处理等等，线程池默认也提供了几种处理方式见第5条目；

5、有哪些饱和策略可以使用？

饱和策略指的就是线程池已满情况下任务的处理策略，默认有以下几种：

• 在默认的 ThreadPoolExecutor.AbortPolicy 中，处理程序遭到拒绝将抛出运行时RejectedExecutionException。
• 在 ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy 中，线程调用运行该任务的execute 本身。此策略提供简单的反馈控制机制，能够减缓新任务的提交速度。
• 在 ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy 中，不能执行的任务将被删除。
• 在 ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy 中，如果执行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的任务将被删除，然后重试执行程序（如果再次失败，则重复此过程）

当然也可以自己实现处理策略类，继承RejectedExecutionHandler接口即可，该接口只有一个方法：

void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);

6、怎样优化线程池的配置？

如何合理配置线程池大小，仅供参考。

一般需要根据任务的类型来配置线程池大小：

如果是CPU密集型任务，就需要尽量压榨CPU，参考值可以设为 NCPU+1

如果是IO密集型任务，参考值可以设置为2*NCPU

当然，这只是一个参考值，具体的设置还需要根据实际情况进行调整，比如可以先将线程池大小设置为参考值，

再观察任务运行情况和系统负载、资源利用率来进行适当调整。

其中NCPU的指的是CPU的核心数，可以使用Runtime.getRuntime().availableProcessors()来获取；

参考文章：

• java多线程详解(7)-线程池的使用 http://www.cnblogs.com/weiguo21/p/4813678.html
• ThreadPoolExecutor中策略的选择与工作队列的选择（java线程池） http://blog.csdn.net/longeremmy/article/details/8231184
• 【Java并发之】BlockingQueue http://blog.csdn.net/suifeng3051/article/details/48807423

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