第二十七章 线程池ThreadPool基本使用
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一、适用场景：
为突然大量爆发的线程设计的，通过有限固定线程提高线程的利用效率，减少了创建和销毁线程所需的时间，方便管理线程。 ThreadPool适于并发运行和运行时间不长且互不干扰的函数。
二、不适用场景：
- 线程执行需要很长时间
- 需要为线程指定详细的优先级
- 在执行过程中需要对线程进行操作，比如睡眠、挂起等
二、作用&优势
1.线程复用
- 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
- 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
2.线程管理 - 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
三、线程池的使用
1.ThreadPoolExecutor是线程池的真正实现类，通过ThreadPoolExecutor来创建一个线程池
// 通过构造方法&配置核心参数，创建线程池对象
Executor threadPool = new ThreadPoolExecutor( CORE_POOL_SIZE , MAXIMUM_POOL_SIZE ,
KEEP_ALIVE , TimeUnit.SECONDS,
sPoolWorkQueue , sThreadFactory );
//构造函数源码分析
new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, //核心线程数
int maximumPoolSize, //线程池最大线程数
long keepAliveTime, //线程活动保持时间
TimeUnit unit, //线程活动保持时间单位
BlockingQueue<Runnable> workQueue, //任务队列
ThreadFactory threadFactory); //线程工厂
2.线程池参数说明
- corePoolSize：核心线程数。默认情况下，核心线程会一直存活（包括空闲状态）。当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即使其他空闲的核心线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于corePoolSize（线程池核心线程数）时就不会再创建了。
- maximumPoolSize：线程池最大线程数。如果队列满了，并且已创建的线程数小于maximumPoolSize（线程池最大线程数），则线程池会再创建新的线程执行任务；当活动线程数达到maximumPoolSize（线程池最大线程数）后，后续的新任务将会阻塞。
- keepAliveTime：线程活动保持时间。默认情况下，该时间为非核心线程闲置后，保存存活的时间。当allowCoreThreadTimeout设置为true时，该时间同样作用于核心线程。当超过该时间，空闲的工作线程就会被回收。（如果任务很多，并且每个任务执行的时间比较短，可以调大该时间，提高线程的利用率）。
- unit：keepAliveTime参数的时间单位（线程活动保持时间单位）。常用单位有小时（HOURS）、分（MINUTES）、秒(SECONDS)、毫秒(MILLISECONDS)。
- workQueue：任务队列。属于阻塞队列BlockQueue类型，即当队列为空时，此时取出任务的操作会被阻塞；当队列满时，添加任务也会被被阻塞。通过线程池的execute()方法提交的Runnable对象，将存储在该参数中。
- theadFactory：线程工厂。为线程池创建新线程。我们一般使用默认即可。
3.线程池执行
a.使用execute提交任务,execute方法没有返回值，所以无法判断任务是否被线程池执行成功
//向线程池提交任务：execute()
threadPool.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
... // 线程执行任务
}
});
b.使用submit()方法来提交任务，它会返回一个future，那么可以通过future来判断任务是否执行成功，future的get方法获取返回值，get方法会阻塞直到任务完成
Future<Object> future = threadPool.submit(harReturnValuetask);
try {
Object o = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// 处理中断异常
} catch (ExecutionException e) {
// 处理无法执行任务异常
} finally {
// 关闭线程池
threadPool.shutdown();
}
4.线程池关闭
//关闭线程池shutdown()
threadPool.shutdown();
//或者threadPool.shutdownNow()；
a.原理：
通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池，它们的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止
b.区别：
shutdownNow首先将线程池的状态设置成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； shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。
c.选择：
3）选择
只要调用了这两个关闭方法的其中一个，isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后,才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true。至于我们应该调用哪一种方法来关闭线程池，应该由提交到线程池的任务特性决定，通常调用shutdown()来关闭线程池，如果任务不一定要执行完，则可以调用shutdownNow()来关闭线程池。
四、合理的配置线程池
1.任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务。
2.任务的优先级：高、中和低。
3.任务的执行时间：长、中和短。
4.任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接。
- 性质不同的任务：可以用不同规模的线程池分开处理。CPU密集型任务配置尽可能小的线程，如配置Ncpu+1个线程的线程池；IO密集型任务则由于线程并不是一直在执行任务，则配置尽可能多的线程，如2*Ncpu；混合型的任务，如果可以拆分，则将其拆分成一个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率要高于串行执行的吞吐率，如果这两个任务执行时间相差太大，则没必要进行分解。我们可以通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数。比如：
corePoolSize = Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1
maximumPoolSize = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2 + 1
- 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得到执行，需要注意的是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，或者也可以使用优先级队列，让执行时间短的任务先执行。
- 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，如果等待的时间越长CPU空闲时间就越长，那么线程数应该设置越大，这样才能更好的利用CPU。
五、工作流程
QQ截图20200714104347.jpg
当线程池中的线程数量 > 核心线程数(corePoolSize)时，若某线程（非核心线程）的空闲时间 > 闲置超时时长（keepAliveTime） 线程将被终止。通过这样的策略，线程池可动态调整池中的线程数。
六、常见线程池分类
- 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）
1.定长线程池（FixedThreadPool）
特点：只有核心线程 & 不会被回收、线程数量固定、任务队列无大小限制（超出的线程任务会在队列中等待）
应用场景：控制线程最大并发数
具体使用：通过Executors.newFixedThreadPool()创建
// 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：execute（）
fixedThreadPool.execute(task);
// 4. 关闭线程池
fixedThreadPool.shutdown();
2.定时线程池（ScheduledThreadPool ）
特点：核心线程数量固定、非核心线程数量无限制（闲置时马上回收）
应用场景：执行定时 / 周期性 任务
使用：通过Executors.newScheduledThreadPool()创建
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：schedule（）
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
// 4. 关闭线程池
scheduledThreadPool.shutdown();
3.可缓存线程池（CachedThreadPool）
特点：只有非核心线程、线程数量不固定（可无限大）、灵活回收空闲线程（具备超时机制，全部回收时几乎不占系统资源）、新建线程（无线程可用时）；任何线程任务到来都会立刻执行，不需要等待
应用场景：执行大量、耗时少的线程任务
使用：通过Executors.newCachedThreadPool()创建
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：execute（）
cachedThreadPool.execute(task);
// 4. 关闭线程池
cachedThreadPool.shutdown();
//当执行第二个任务时第一个任务已经完成
//那么会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。
4.单线程化线程池（SingleThreadExecutor）
特点：只有一个核心线程（保证所有任务按照指定顺序在一个线程中执行，不需要处理线程同步的问题）
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：通过Executors.newSingleThreadExecutor()创建
示例：
// 1. 创建单线程化线程池
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
// 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：execute（）
singleThreadExecutor.execute(task);
// 4. 关闭线程池
singleThreadExecutor.shutdown();
六、线程池的监控
通过线程池提供的参数进行监控。线程池里有一些属性在监控线程池的时候可以使用。
taskCount：线程池需要执行的任务数量。
completedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量。小于或等于taskCount。
largestPoolSize：线程池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满过。如等于线程池的最大大小，则表示线程池曾经满了。
getPoolSize:线程池的线程数量。如果线程池不销毁的话，池里的线程不会自动销毁，所以这个大小只增不减。
getActiveCount：获取活动的线程数。
通过继承线程池并重写线程池的beforeExecute，afterExecute和terminated方法，我们可以在任务执行前，执行后和线程池关闭前干一些事情。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。这几个方法在线程池里是空方法。如：
protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) { }
