【Java多线程】线程池的工作原理详解（下）
接着上篇文章，我接下来继续介绍线程池的工作原理，如果你还没有看上篇，我建议最好浏览一下：线程池的工作原理详解（上）
Executors 工具类
1.定义
Executors是java线程池的工厂类，通过它可以快速初始化一个符合业务需求的线程池。
2.常用方法
（1） newFixedThreadPool方法 ：创建固定大小的线程池
- 适用于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，即负载比较重的服务器
FixedThreadPool方法源码如下：
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
分析：从源码可以看出，其实是初始化了一个指定线程数的线程池，其中corePoolSize == maximumPoolSize，使用LinkedBlockingQuene作为阻塞队列，如果线程池没有可执行任务时，也不会释放线程。
运行FixedThreadPool图解：
分析：
1）如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务。
2）在线程池完成预热之后（当前运行的线程数等于corePoolSize），将任务加入LinkedBlockingQueue。
3）线程执行完1）中的任务后，会在循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。
FixedThreadPool使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列（队列的容量为
Integer.MAX_VALUE）。使用无界队列作为工作队列会对线程池带来如下影响。
①当线程池中的线程数达到corePoolSize后，新任务将在无界队列中等待，因此线程池中
的线程数不会超过corePoolSize。
②由于①，使用无界队列时maximumPoolSize将是一个无效参数。
③ 由于①和②，使用无界队列时keepAliveTime将是一个无效参数。
④ 由于使用无界队列，运行中的FixedThreadPool（未执行方法shutdown()或
shutdownNow()）不会拒绝任务（不会调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution方法）。
（2）newCachedThreadPool() 方法 ：缓存线程池，线程池的数量不固定，可以根据需求自动的更改数量。
大小无界的线程池，适用于执行很多的短期异步任务的小程序，或是负载较轻的服务器。
CachedThreadPool方法源码如下
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}
分析：
-
初始化一个可以缓存线程的线程池，默认缓存60s，线程池的线程数可达到Integer.MAX_VALUE，即2147483647，内部使用不存储元素的SynchronousQueue作为阻塞队列；
-
newCachedThreadPool在没有任务执行时，当线程的空闲时间超过keepAliveTime，会自动释放线程资源，当提交新任务时，如果没有空闲线程，则创建新线程执行任务，会导致一定的系统开销；
运行CachedThreadPool图解：
分析：
① ：首先执行SynchronousQueue.offer（Runnable task）。如果当前maximumPool中有空闲线程正在执行SynchronousQueue.poll（keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS），那么主线程执行offer操作与空闲线程执行的poll操作配对成功，主线程把任务交给空闲线程执行，execute()方法执行完成；否则执行下面的 2）
② ：当初始maximumPool为空，或者maximumPool中当前没有空闲线程时，将没有线程执行
SynchronousQueue.poll（keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS）。这种情况下，①将失败。此时CachedThreadPool会创建一个新线程执行任务，execute()方法执行完成。
③ ：在 ②中新创建的线程将任务执行完后，会执行
SynchronousQueue.poll（keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS）。这个poll操作会让空闲线程最多在SynchronousQueue中等待60秒钟。如果60秒钟内主线程提交了一个新任务（主线程执行①），那么这个空闲线程将执行主线程提交的新任务；否则，这个空闲线程将终止。由于空闲60秒的空闲线程会被终止，因此长时间保持空闲的CachedThreadPool不会使用任何资源。
-
CachedThreadPool使用SynchronousQueue，把主线程提交的任务传递给空闲线程执行。
-
CachedThreadPool中任务传递示意图如下：
（3）newSingleThreadExecutor() 方法 ： 创建单个线程池。线程池中只有一个线程
适用于需要保证顺序地执行各个任务；并且在任意时间点，不会有多个线程是活动的应用场景。
SingleThreadExecutor方法源码如下
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}
分析：
初始化的线程池中只有一个线程，如果该线程异常结束，会重新创建一个新的线程继续执行任务，唯一的线程可以保证所提交任务的顺序执行，内部使用LinkedBlockingQueue作为阻塞队列。
运行SingleThreadExecutor图解：
分析：
1）如果当前运行的线程数少于corePoolSize（即线程池中无运行的线程），则创建一个新线程来执行任务。
2）在线程池完成预热之后（当前线程池中有一个运行的线程），将任务加入Linked-BlockingQueue。
3）线程执行完1中的任务后，会在一个无限循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。
（4）newScheduledThreadPool() 方法: 创建固定大小的线程，可以延迟或定时的执行任务。
适用于需要多个后台线程执行周期任务，同时为了满足资源 管理的需求而需要限制后台线程的数量的应用场景
newScheduledThreadPool方法源码如下：
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}
- ScheduledThreadPoolExecutor源码
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue());
}
- 继承父类的构造方法
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}
分析：初始化的线程池可以在指定的时间内周期性的执行所提交的任务，在实际的业务场景中可以使用该线程池定期的同步数据。其实最底层还是通过ThreadPoolExecutor类实现的
运行ScheduledThreadPoolExecutor图解
分析：
-
当调用ScheduledThreadPoolExecutor的scheduleAtFixedRate()方法或者scheduleWith-
FixedDelay()方法时，会向ScheduledThreadPoolExecutor的DelayQueue添加一个实现了
RunnableScheduledFutur接口的ScheduledFutureTask。 -
线程池中的线程从DelayQueue中获取ScheduledFutureTask，然后执行任务。
（5）newWorkStealingPool() 方法: (JDK8新增)根据所需的并发数来动态创建和关闭线程。
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能够合理的使用CPU进行对任务进行并发操作，所以适合使用在很耗时的任务。
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newWorkStealingPool方法源码如下(注意返回的是ForkJoinPool对象)：
public static ExecutorService newWorkStealingPool() {
return new ForkJoinPool
(Runtime.getRuntime().availableProcessors(),
ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
null, true);
}
public static ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism) {
return new ForkJoinPool
(parallelism,
ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
null, true);
}
- ForkJoinPool：使用一个无限队列来保存需要执行的任务，可以传入线程的数量；不传入，则默认使用当前计算机中可用的cpu数量；使用分治法来解决问题，使用fork()和join()来进行调用。
如何合理配置线程池
1.任务特性
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任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务。
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任务的优先级：高、中和低。
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任务的执行时间：长、中和短。
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任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接。
2.处理策略
性质不同的任务可以用不同规模的线程池分开处理。
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CPU密集型任务应配置尽可能小的 线程，如配置Ncpu+1个线程的线程池。由于IO密集型任务线程并不是一直在执行任务，则应配置尽可能多的线程，如2*Ncpu。
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混合型的任务，如果可以拆分，将其拆分成一个CPU密集型任务 和一个IO密集型任务，只要这两个任务执行的时间相差不是太大，那么分解后执行的吞吐量将高于串行执行的吞吐量。
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如果这两个任务执行时间相差太大，则没必要进行分解。可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数。
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优先级不同的任务可以使用优先级队列PriorityBlockingQueue来处理。它可以让优先级高的任务先执行。
3.注意
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如果一直有优先级高的任务提交到队列里，那么优先级低的任务可能永远不能执行。执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理，或者可以使用优先级队列，让执行时间短的任务先执行。
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依赖数据库连接池的任务，因为线程提交SQL后需要等待数据库返回结果，等待的时间越 长，则CPU空闲时间就越长，那么线程数应该设置得尽量大，这样才能更好地利用CPU。
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建议使用有界队列。有界队列能增加系统的稳定性和预警能力，可以根据需要设大一点儿，如果当时我们设置成无界队列，那么线程池的队列就会越来越多，有可能会撑满内存，导致整个系统不可用，而不只是后台任务出现问题。
线程池的监控
1.定义
如果在系统中大量使用线程池，则有必要对线程池进行监控，方便在出现问题时，可以根据线程池的使用状况快速定位问题。可以通过线程池提供的参数进行监控，
2.监控线程池使用的属性
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taskCount：线程池需要执行的任务数量。
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completedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount。
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largestPoolSize：线程池里曾经创建过的最大线程数量。通过这个数据可以知道线程池是否曾经满过。如该数值等于线程池的最大大小，则表示线程池曾经满过。
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getPoolSize：线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话，线程池里的线程不会自动销毁，所以这个大小只增不减。
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getActiveCount：获取活动的线程数。通过扩展线程池进行监控。可以通过继承线程池来自定义线程池，重写线程池的
注：beforeExecute、afterExecute和terminated方法，也可以在任务执行前、执行后和线程池关闭前执行一些代码来进行监控。例如，监控任务的平均执行时间、最大执行时间和最小执行时间等。
参考链接：分析线程池源码
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衷心的感谢您能耐心的读完本篇博文。