JUC（四）线程池
一、简介
创建线程的代价是十分昂贵的， 需要给它分配内存、列入调度。Java中默认一个线程的线程栈大小是1M，虽然看着不多，但是如果同时创建很多线程，占用的内存也是不容忽视的。
如果不对线程进行管理，可能带来如下问题：
1、频繁申请/销毁线程，带来额外的消耗；
2、对线程的创建没有限制，导致系统内存耗尽；
解决问题：
1、针对频繁申请、销毁线程的问题，可以考虑线程复用。本来线程执行完自己的任务就会销毁，现在可以让执行完毕之后再去获取新的任务，从而省去创建新线程的开销。线程池的基本原理即享元模式（对象复用）。
2、限制线程的创建数量，避免线程过多导致内存不足。然而会引入其他问题：线程达到设定的最大数量，但是又来了新的任务。此时有以下解决思路：
（1）由提交者自行执行任务；
（2）抛异常；
（3）丢弃任务；
（4）将任务保存起来，等有线程空闲后再执行。
......
具体使用何种解决方式，交由开发者选择，线程池用到的另一个设计模式：策略模式。
二、工作原理
1、线程池主要包括三部分：
HashSet<Worker> workers：存储线程，包含核心线程和非核心线程；
BlockingQueue<Runnable> workQueue：存储任务，阻塞队列；
RejectedExecutionHandler handler：拒绝策略，线程池饱和时调用。
线程池原理
2、线程池执行流程
线程池执行流程
三、其他
1、什么时候创建非核心线程？
查看ThreadPoolExecutor的execute方法，可以看出：当前线程数量 > 核心线程数，并且任务队列不能再添加任务时，会尝试创建非核心线程。
public void execute(Runnable command) {
if (command == null)
throw new NullPointerException();
/*
* Proceed in 3 steps:
*
* 1. If fewer than corePoolSize threads are running, try to
* start a new thread with the given command as its first
* task. The call to addWorker atomically checks runState and
* workerCount, and so prevents false alarms that would add
* threads when it shouldn't, by returning false.
*
* 2. If a task can be successfully queued, then we still need
* to double-check whether we should have added a thread
* (because existing ones died since last checking) or that
* the pool shut down since entry into this method. So we
* recheck state and if necessary roll back the enqueuing if
* stopped, or start a new thread if there are none.
*
* 3. If we cannot queue task, then we try to add a new
* thread. If it fails, we know we are shut down or saturated
* and so reject the task.
*/
int c = ctl.get();
if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
if (addWorker(command, true))
return;
c = ctl.get();
}
// 如果添加失败，会走false
if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
int recheck = ctl.get();
if (! isRunning(recheck) && remove(command))
reject(command);
else if (workerCountOf(recheck) == 0)
addWorker(null, false);
}
// 在这里创建新的线程
else if (!addWorker(command, false))
reject(command);
}
2、什么时候销毁非核心线程？
通过下方代码可以看到：
（1）再执行完execute之后，如果需要添加线程，会添加Worker，并启动线程。
（2）线程启动后，会循环获取task中的任务进行执行，由于task是阻塞队列，所以如果没有任务，当前线程也会阻塞。
（3）在getTask中会通过标记判断是否需要设置超时时间，如果设置了超时时间，当阻塞队列超时后，会直接返回null。在getTask中会在此检验是否真的需要返回null。
（4）当getTask返回null后，runWorker中的循环退出，线程退出循环，执行完毕，正常销毁。
因此：当线程数量超过了核心线程数，并且任务队列已经执行完毕，当前线程会在规定的超时时间后自动销毁。
// 添加worker并启动
private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
...
boolean workerStarted = false;
boolean workerAdded = false;
Worker w = null;
try {
w = new Worker(firstTask);
final Thread t = w.thread;
if (t != null) {
...
if (workerAdded) {
t.start();
workerStarted = true;
}
}
} finally {
if (! workerStarted)
addWorkerFailed(w);
}
return workerStarted;
}
// worker继承自Runnable
private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable{
public void run() {
runWorker(this);
}
}
// thread执行
final void runWorker(Worker w) {
...
try {
// 循环获取task，并执行task任务
while (task != null || (task = getTask()) != null) {
...
} finally {
processWorkerExit(w, completedAbruptly);
}
}
// 获取task
private Runnable getTask() {
boolean timedOut = false; // Did the last poll() time out?
for (;;) {
...
// 是否需要退出等待
boolean timed = allowCoreThreadTimeOut || wc > corePoolSize;
if ((wc > maximumPoolSize || (timed && timedOut))
&& (wc > 1 || workQueue.isEmpty())) {
if (compareAndDecrementWorkerCount(c))
return null;
continue;
}
try {
// 如果需要设置超时，传入超时时间，超时后再次进入循环判断一边
Runnable r = timed ?
workQueue.poll(keepAliveTime, TimeUnit.NANOSECONDS) :
workQueue.take();
if (r != null)
return r;
timedOut = true;
} catch (InterruptedException retry) {
timedOut = false;
}
}
}
3、核心线程会销毁吗？
通过问题2可以知道，如果设置了allowCoreThreadTimeOut，超过规定的超时时间后，核心线程也会被销毁。
4、fork/join线程池
假设我们有一个遍历文件的任务，常规的递推操作，文件是串行的。假如文件层级很多，消耗的时间会很长。
常规遍历
可以考虑将一个任务拆分成多个任务，利用CPU的优势，多线程并行操作，从而提高执行效率。ForkJoin线程池就是为了解决这种场景出现的。
多线程遍历
