线程与线程池（一条龙详解）

一:前言

一个问题引出的学习笔记
并发类库提供的线程池实现有哪些?
其实Executors已经为我们封装好了 4 种常见的功能线程池，如下：

• 定长线程池（FixedThreadPool）
• 定时线程池（ScheduledThreadPool ）
• 可缓存线程池（CachedThreadPool）
• 单线程化线程池（SingleThreadExecutor）

那么接下来就复习一波线程和线程池

二:线程

1:关于线程的理解

• 自我理解:（这是在javaweb中的文件上传部分 实际用到的线程 来帮助理解线程）
  一个线程就是一条执行路径 ,实际例子当中 我们请求一个页面如果需要很长的时间的话，这时候我们需要设置线程来执行 请求消息中的代码,然后再写一个代码先显示出请求等待的信息
• 官方解读:
  线程，程序执行流的最小执行单位，是行程中的实际运作单位，经常容易和进程这个概念混淆。那么，线程和进程究竟有什么区别呢？首先，进程是一个动态的过程，是一个活动的实体。简单来说，一个应用程序的运行就可以被看做是一个进程，而线程，是运行中的实际的任务执行者。可以说，进程中包含了多个可以同时运行的线程。

2:线程的声明周期

线程的生命周期，线程的生命周期可以利用以下的图解来更好的理解:

3:单线程和多线程

三:线程池

1：线程池从何处而来

• 在一个应用程序中，我们需要多次使用线程，也就意味着，我们需要多次创建并销毁线程。而创建并销毁线程的过程势必会消耗内存。而在Java中，内存资源是及其宝贵的，所以，我们就提出了线程池的概念
  线程池：Java中开辟出了一种管理线程的概念，这个概念叫做线程池，从概念以及应用场景中，我们可以看出，线程池的好处，就是可以方便的管理线程，也可以减少内存的消耗。

2:线程池的好处

• (1) 降低资源消耗。 通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
• (2) 提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
• (3) 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

3:如何实现线程池

那么，我们应该如何创建一个线程池那?Java中已经提供了创建线程池的一个类：Executor类,而我们创建时，一般使用它的子类：ThreadPoolExecutor.
线程池的真正实现类是 ThreadPoolExecutor，其构造方法有如下4种：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}
 
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         threadFactory, defaultHandler);
}
 
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}
 
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

4:线程池的使用流程

// 创建线程池
ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(CORE_POOL_SIZE,
                                             MAXIMUM_POOL_SIZE,
                                             KEEP_ALIVE,
                                             TimeUnit.SECONDS,
                                             sPoolWorkQueue,
                                             sThreadFactory);
// 向线程池提交任务
threadPool.execute(new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        ... // 线程执行的任务
    }
});
// 关闭线程池
threadPool.shutdown(); // 设置线程池的状态为SHUTDOWN，然后中断所有没有正在执行任务的线程
threadPool.shutdownNow(); // 设置线程池的状态为 STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表

5:线程池的工作原理

6:线程池的重要参数解读

(1):任务队列

(2):线程工厂（threadFactory）

线程工厂指定创建线程的方式，需要实现 ThreadFactory 接口，并实现 newThread(Runnable r) 方法。该参数可以不用指定，Executors 框架已经为我们实现了一个默认的线程工厂：

(3):拒绝策略（handler）

7:功能性线程池

嫌上面使用线程池的方法太麻烦？其实Executors已经为我们封装好了 4 种常见的功能线程池，如下：

• 定长线程池（FixedThreadPool）
• 定时线程池（ScheduledThreadPool ）
• 可缓存线程池（CachedThreadPool）
• 单线程化线程池（SingleThreadExecutor）
• newWorkStealingPool

（1）: newFixedThreadPool (固定数量的线程池)

创建的源码:

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

• 特点：只有核心线程，线程数量固定，执行完立即回收，任务队列为链表结构的有界队列。
• 应用场景：控制线程最大并发数。
• 使用实例：

// 1. 创建定长线程池对象 & 设置线程池线程数量固定为3
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
// 2. 创建好Runnable类线程对象 & 需执行的任务
Runnable task =new Runnable(){
  public void run() {
     System.out.println("执行任务啦");
  }
};
// 3. 向线程池提交任务
fixedThreadPool.execute(task);

(2): newWorkStealingPool

这个线程池的特性从名字就可以看出 Stealing，会窃取任务。
每个线程都有自己的双端队列，当自己队列的任务处理完毕之后，会去别的线程的任务队列尾部拿任务来执行，加快任务的执行速率。
至于 ForkJoin 的话，就是分而治之，把大任务分解成一个个小任务，然后分配执行之后再总和结果，

(3): newSingleThreadExecutor (单线程池)

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

特点：只有 1 个核心线程，无非核心线程，执行完立即回收，任务队列为链表结构的有界队列。
应用场景：不适合并发但可能引起 IO 阻塞性及影响 UI 线程响应的操作，如数据库操作、文件操作等。
使用实例:

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

(4):newCachedThreadPool (可缓存的线程池)

创建方法的源码：

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

特点：无核心线程，非核心线程数量无限，执行完闲置 60s 后回收，任务队列为不存储元素的阻塞队列。
应用场景：执行大量、耗时少的任务。

所以它适合用在短时间内有大量短任务的场景。如果暂无可用线程，那么来个任务就会新启一个线程去执行这个任务，快速响应任务。
但是如果任务的时间很长，那存在的线程就很多，上下文切换就很频繁，切换的消耗就很明显，并且存在太多线程在内存中，也有 OOM 的风险。
使用示例:

// 1. 创建可缓存线程池对象
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
// 2. 创建好Runnable类线程对象 & 需执行的任务
Runnable task =new Runnable(){
  public void run() {
     System.out.println("执行任务啦");
  }
};
// 3. 向线程池提交任务
cachedThreadPool.execute(task);

（5）： newScheduledThreadPool（定时线程池）

创建方法的源码：

private static final long DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS = 10L;
 
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
          DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}
 
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(
        int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);
}
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                   ThreadFactory threadFactory) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
          DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
          new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
}

特点：核心线程数量固定，非核心线程数量无限，执行完闲置 10ms 后回收，任务队列为延时阻塞队列。
应用场景：执行定时或周期性的任务。
使用示例:

/ 1. 创建 定时线程池对象 & 设置线程池线程数量固定为5
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
// 2. 创建好Runnable类线程对象 & 需执行的任务
Runnable task =new Runnable(){
  public void run() {
     System.out.println("执行任务啦");
  }
};
// 3. 向线程池提交任务
scheduledThreadPool.schedule(task, 1, TimeUnit.SECONDS); // 延迟1s后执行任务
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(task,10,1000,TimeUnit.MILLISECONDS);// 延迟10ms后、每隔1000ms执行任务

参考自这篇博客