java线程池的使用

一、为什么要使用线程池？

我们许多服务器应用程序的会面对着处理大量短时间任务的情况。我们可以选择创建多个线程来处理，这也是一种比较好的解决方式，但也存在一个明显的缺点，创建和销毁线程需要消耗大量的资源，甚至服务器在创建和销毁线程上花费的时间和系统资源比线程执行任务所花费的时间和系统资源还要多。
线程池就很好的解决了这种问题。线程池用一定数量的线程执行了超出线程数的任务。同时，每个线程执行了任务后必不会马上被销毁，而是接着进行下一个任务，这极大的减少了创建和销毁线程所消耗的资源。因为执行的线程数不多，也能减少出现内存不足的可能。

二、工作原理

线程池中的线程分为核心线程和普通线程。具体处理流程如下：
1、当任务进入线程池时，首先判断核心线程是否全部在执行其他任务，如果有空闲的核心线程，就用核心线程执行该任务。
2、如果核心任务全部都在执行其他任务(核心线程已满)，就将任务放进阻塞队列中。
3、如果阻塞队列也满了，就将任务交给空闲的普通线程执行。
4、如果整个线程池和阻塞队列全部满了的话，我们要选择饱和策略处理这种情况(具体往后看)。

关于阻塞队列，有三种策略：
1、直接提交。工作队列的默认选项是 SynchronousQueue，它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此，如果不存在可用于立即运行任务的线程，则试图把任务加入队列将失败，因此会构造一个新的线程，此策略可以避免出现死锁的情况。直接提交要求线程池无界。
2、无界队列。即当核心线程已满时，请求的任务会全部进入阻塞队列。该种队列意味着普通线程已经没有意义，同时也没有必要考虑饱和问题。但这个队列有一个很大的缺点，即大大增加了死锁的可能性，所有无界队列一般用于任务之间相互独立，任务执行时互不影响时使用。
3、有界队列。有界队列有助于防止资源耗尽，但较难调整和控制。使用时需要对队列长度和线程池大小进行折中，使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。使用小型队列通常要求较大的池大小，CPU 使用率较高，但是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量。

关于饱和策略，我们也介绍几种方法：
1、Abort策略：默认策略，新任务提交时直接抛出未检查的异常RejectedExecutionException，该异常可由调用者捕获。
2、CallerRuns策略：为调节机制，既不抛出异常也不丢弃任务，而是选择将任务返还给调用者。
3、Discard策略：直接丢弃任务。
4、DiscardOldest策略：将队列中等待最久的任务(即队列最前面的任务)和新任务替换。

三、ThreadPoolExecutor

说起线程池的创建，不得不提其核心的类ThreadPoolExecutor。
首先我们先来看看其构造方法：

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue)

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, RejectedExecutionHandler handler) 

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, ThreadFactory threadFactory) 

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

我们来一一解释参数的意思，就能大致明白这个类了：
corePoolSize：线程池中核心线程数量。
maximumPoolSize：线程池中线程总数量。
keepAliveTime：普通线程的最长空闲时间(若普通线程空闲时间超出keepAliveTime，则会被销毁)，只有corePoolSize小于maximumPoolSize时才有意义。
unit：空闲时间所用单位，如TimeUnit.SECONDS，TimeUnit.DAYS等。
workQueue：用于存放任务的队列，即阻塞队列。
threadFactory：线程工厂，无需手工编写new Thread()的调用。
handler：饱和策略。
具体使用参考下列代码：

public class ThreadPool {

	public static void main(String[] args){
		LinkedBlockingQueue queue = 
				new LinkedBlockingQueue(8);  //创建长度为8的阻塞队列
		ThreadPoolExecutor threadpool = new ThreadPoolExecutor(5,10,1,TimeUnit.MINUTES,queue);
		for(int i=0;i<30;i++){
			threadpool.execute(new Threadnow());
			System.out.println("线程池中运行的线程数： " + threadpool.getPoolSize());
			if(queue.size()>0)
				System.out.println("队列中阻塞的线程数："+queue.size());
		}
		threadpool.shutdown();
	}
}

public class Threadnow implements Runnable{
	public void run(){
		try {
			Thread.sleep(1000);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

运行结果：

该代码创建了一个核心线程为5，总线程数量为10的线程池，阻塞队列长度为8。从运行结果来看，开始时核心线程运行，满了以后，任务放进阻塞队列，阻塞队列满了后，任务由普通线程执行，当任务数超过线程池总数时，抛出RejectedExecutionException。

四、几种线程池

ThreadPoolExecutor我们一般用于想手动配置和调整线程池时，事实上，更加建议程序员使用较为方便的Executors工厂方法Executors.newCachedThreadPool()， Executors.newFixedThreadPool()，Executors.newSingleThreadExecutor()。
1、newCachedThreadPool
创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
我们直接看一下源码：

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue());
    }

从源码中可以看出，newCachedThreadPool事实上就是我们之前所说的队列策略中的直接提交策略。它没有核心进程，进程池的数目无限大，队列是SynchronousQueue，即来了任务就创建执行。虽然该线程池可以不断创建新的线程，空闲1分钟后线程自动销毁，但我们要避免让过多任务同时工作，进而造成系统瘫痪。
2、newFixedThreadPool
创建一个指定工作线程数量的线程池。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue(),
                                      threadFactory);
    }

可以看出，newFixedThreadPoo就是队列策略中的无界队列。它没有普通线程，阻塞队列是LinkedBlockingQueue，没有界限。我们可以控制线程的最大并发数，同时节省线程创建时的开销。但因为没有普通线程的原因，核心线程是不会被销毁的，即可能会让线程处于长期空闲状态却不被销毁，白白占用内存空间。
3、newSingleThreadExecutor
创建单个工作线程的线程池。

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue()));
    }

该线程池只有一个线程，阻塞队列是无界队列，可以保证线程按照指定的顺序进行执行，同时不会出现多个进程同时运行的情况。如果这个线程异常结束，会创建一个新的线程来取代它，保证顺序执行。

五、线程池的风险

1、死锁
事实上多线程机制都有可能发生死锁，但线程池多了一种发生死锁的可能，即线程池中某线程需要等待另一个线程执行的结果才可运行，但该线程却有可能在阻塞队列中，虽然该线程一般来说迟早会执行，但可能所有在执行的线程都在等待阻塞队列中的线程的执行结果，会让整个线程池瘫痪。
2、线程泄露
线程泄露指的是当从池中除去一个线程去执行任务，但该任务最后却没有回到池中，一般是发生异常。线程泄露会让线程池永远少一个线程。