线程 - 线程池 - 《Java 从入门到进阶》

线程池？">1、为什么要使用线程池？
2、线程执行流程
3、线程的五种状态
4、创建线程池的核心参数
5、怎么创建线程
- 1、通过继承Thread类
- 2、通过实现Runnable接口
6、线程池的种类
7、怎么创建线程池
8、自定义线程池
- 1、使用场景
- 2、线程池详解
9、线程池的关闭
10、execute和submit的区别？
11、线程池都有哪几种工作队列
12、实现Runnable接口和Callable接口的区别

1、为什么要使用线程池？

线程池做的工作主要是控制运行的线程的数量，处理过程中将任务放入队列，然后再线程创建后启动这些任务如果线程的数量超过最大数量，超过数量的线程将排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行

特点：线程复用，控制最大并发数，管理线程

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，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
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
2、线程执行流程

3、线程的五种状态

新建状态（New）：当线程对象对创建后，即进入了新建状态，如：Thread t = new MyThread();
就绪状态（Runnable）：当调用线程对象的start()方法（t.start();），线程即进入就绪状态。处于就绪状态的线程，只是说明此线程已经做好了准备，随时等待CPU调度执行，并不是说执行了t.start()此线程立即就会执行；
运行状态（Running）：当CPU开始调度处于就绪状态的线程时，此时线程才得以真正执行，即进入到运行状态。注：就绪状态是进入到运行状态的唯一入口，也就是说：线程要想进入运行状态执行，首先必须处于就绪状态中；
阻塞状态（Blocked）：处于运行状态中的线程由于某种原因，暂时放弃对CPU的使用权，停止执行，此时进入阻塞状态，直到其进入到就绪状态，才有机会再次被CPU调用以进入到运行状态。根据阻塞产生的原因不同，阻塞状态又可以分为三种：
1. 等待阻塞 — 运行状态中的线程执行wait()方法，使本线程进入到等待阻塞状态；
2. 同步阻塞 — 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态；
3. 其他阻塞 — 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。
死亡状态（Dead）：线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

4、创建线程池的核心参数

1、七大核心参数

corePoolSize：线程池核心线程数量，核心线程不会被回收，即使没有任务执行，也会保持空闲状态。如果线程池中的线程少于此数目，则在执行任务时创建。
maximumPoolSize：池允许最大的线程数，当线程数量达到corePoolSize，且workQueue队列塞满任务了之后，继续创建线程。
keepAliveTime：超过corePoolSize之后的“临时线程”的存活时间。
unit：keepAliveTime的单位。
workQueue：当前线程数超过corePoolSize时，新的任务会处在等待状态，并存在workQueue中，BlockingQueue是一个先进先出的阻塞式队列实现，底层实现会涉及Java并发的AQS机制，有关于AQS的相关知识，我会单独写一篇，敬请期待。
threadFactory：创建线程的工厂类，通常我们会自定一个threadFactory设置线程的名称，这样我们就可以知道线程是由哪个工厂类创建的，可以快速定位。
handler：线程池执行拒绝策略，当线数量达到maximumPoolSize大小，并且workQueue也已经塞满了任务的情况下，线程池会调用handler拒绝策略来处理请求。

2、四大拒绝策略
AbortPolicy：为线程池默认的拒绝策略，该策略直接抛异常处理。
DiscardPolicy：直接抛弃不处理。
DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的任务。
CallerRunsPolicy：将任务分配给当前执行execute方法线程来处理。
3、三大方法
```java Executors.newSingleThreadExecutor();

Executors.newFixedThreadPool(5);

Executors.newCachedThreadPool();

<a name="bzEr4"></a>
### 4、线程池最大值
<a name="CiOEJ"></a>
#### 1、CPU密集型
**cpu 密集型（CPU-bound）线程池设计    最佳线程数=cpu核数或者cpu核数±1**
```java
System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());  //获取CPU核心数

CPU密集型也叫计算密集型，指的是系统的硬盘、内存性能相对CPU要好很多，此时，系统运作大部分的状况是CPU Loading 100%，CPU要读/写I/O(硬盘/内存)，I/O在很短的时间就可以完成，而CPU还有许多运算要处理，CPU Loading很高。
在多重程序系统中，大部份时间用来做计算、逻辑判断等CPU动作的程序称之CPU bound。例如一个计算圆周率至小数点一千位以下的程序，在执行的过程当中绝大部份时间用在三角函数和开根号的计算，便是属于CPU bound的程序。
CPU bound的程序一般而言CPU占用率相当高。这可能是因为任务本身不太需要访问I/O设备，也可能是因为程序是多线程实现因此屏蔽掉了等待I/O的时间。

2、I/O密集型

I/O密集型（I/O-bound）线程池设计最佳线程数 = ((线程等待时间+线程cpu时间)/线程cpu时间cpu数目 2CPU核数
IO密集型指的是系统的CPU性能相对硬盘、内存要好很多，此时，系统运作，大部分的状况是CPU在等I/O (硬盘/内存) 的读/写操作，此时CPU Loading并不高。
I/O bound的程序一般在达到性能极限时，CPU占用率仍然较低。这可能是因为任务本身需要大量I/O操作，而pipeline做得不是很好，没有充分利用处理器能力。比如接收一个前端请求—解析参数—查询数据库—返回给前端这样的，那么就是IO密集型的，例如web应用。

3、区别

5、怎么创建线程

1、通过继承Thread类

class Multi extends Thread{
    public void run(){
        System.out.println("线程运行中~");
    }
    public static void main(String args[]){
        Multi t1 = new Multi();
        t1.start();
    }
}
//执行结果 -- 线程运行中~
//其中，
// public void run（）：   用于执行线程的操作。
// public void start（）： 开始执行thread.JVM调用线程上的run（）方法。

2、通过实现Runnable接口

public class Multi implements Runnable{
    public void run() {
        System.out.println("反手就是一个线程运行中~");
    }
    public static void main(String[] args) {
        Multi m = new Multi();
        Thread t1 = new Thread(m);
        t1.start();
    }
}
//执行结果 -- 反手就是一个线程运行中~
//区别：如果没有继承Thread类，你创建的对象自然不是一个线程对象，所以你要明确创建一个线程类对象，来接收你实现的这个接口。

6、线程池的种类

应用场景

newCachedThreadPool：一个可以无限扩大的线程池，比较适合处理执行时间比较小的任务。
newFixedThreadPool：一个固定大小的线程池，可以用于已知并发压力的情况下，对线程数做限制。
newSingleThreadExecutor：一个单线程的线程池，可以用于需要保证顺序执行的场景，并且只有一个线程在执行。
newScheduledThreadPool：可以延时启动，定时启动的线程池，适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景。
newWorkStealingPool：一个拥有多个任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可用cpu数量的线程来并行执行。
1、newCachedThreadPool
作用：创建一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们，并在需要时使用提供的 ThreadFactory 创建新线程。
特征：
（1）线程池中数量没有固定，可达到最大值（Interger. MAX_VALUE）
（2）线程池中的线程可进行缓存重复利用和回收（回收默认时间为1分钟）
（3）当线程池中，没有可用线程，会重新创建一个线程
创建方式： Executors.newCachedThreadPool();
2、newFixedThreadPool
作用：创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这些线程。在任意点，在大多数 nThreads 线程会处于处理任务的活动状态。如果在所有线程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线程将代替它执行后续的任务（如果需要）。在某个线程被显式地关闭之前，池中的线程将一直存在。
特征：
（1）线程池中的线程处于一定的量，可以很好的控制线程的并发量
（2）线程可以重复被使用，在显示关闭之前，都将一直存在
（3）超出一定量的线程被提交时候需在队列中等待
创建方式：
（1）Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)；//nThreads为线程的数量
（2）Executors.newFixedThreadPool(int nThreads，ThreadFactory threadFactory)；//nThreads为线程的数量，threadFactory创建线程的工厂方式
3、newSingleThreadExecutor
作用：创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该线程。（注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程，那么如果需要，一个新线程将代替它执行后续的任务）。可保证顺序地执行各个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。与其他等效的 newFixedThreadPool(1) 不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即可使用其他的线程。
特征：
（1）线程池中最多执行1个线程，之后提交的线程活动将会排在队列中以此执行
创建方式：
（1）Executors.newSingleThreadExecutor() ；
（2）Executors.newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory)；// threadFactory创建线程的工厂方式

4、newScheduleThreadPool

作用：创建一个线程池，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
特征：
（1）线程池中具有指定数量的线程，即便是空线程也将保留
（2）可定时或者延迟执行线程活动
创建方式：
（1）Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize)；// corePoolSize线程的个数
（2）newScheduledThreadPool(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory)；// corePoolSize线程的个数，threadFactory创建线程的工厂

5、newSingleThreadScheduledExecutor

作用：创建一个单线程执行程序，它可安排在给定延迟后运行命令或者定期地执行。
特征：
（1）线程池中最多执行1个线程，之后提交的线程活动将会排在队列中以此执行
（2）可定时或者延迟执行线程活动
创建方式：
（1）Executors.newSingleThreadScheduledExecutor() ；
（2）Executors.newSingleThreadScheduledExecutor(ThreadFactory threadFactory) ；//threadFactory创建线程的工厂

7、怎么创建线程池

《阿里巴巴Java开发手册》中强制线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险
Executors 返回线程池对象的弊端如下：

FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor ：允许请求的队列长度为 Integer.MAX_VALUE ，可能堆积大量的请求，从而导致OOM。
CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool ：允许创建的线程数量为 Integer.MAX_VALUE ，可能会创建大量线程，从而导致OOM。

方式一：通过构造方法实现

方式二：通过Executor 框架的工具类Executors来实现 我们可以创建三种类型的ThreadPoolExecutor：

FixedThreadPool ：该方法返回一个固定线程数量的线程池。该线程池中的线程数量始终不变。当有一个新的任务提交时，线程池中若有空闲线程，则立即执行。若没有，则新的任务会被暂存在一个任务队列中，待有线程空闲时，便处理在任务队列中的任务。
SingleThreadExecutor： 方法返回一个只有一个线程的线程池。若多余一个任务被提交到该线程池，任务会被保存在一个任务队列中，待线程空闲，按先入先出的顺序执行队列中的任务。
CachedThreadPool： 该方法返回一个可根据实际情况调整线程数量的线程池。线程池的线程数量不确定，但若有空闲线程可以复用，则会优先使用可复用的线程。若所有线程均在工作，又有新的任务提交，则会创建新的线程处理任务。所有线程在当前任务执行完毕后，将返回线程池进行复用。

对应Executors工具类中的方法如图所示：

8、自定义线程池

1、使用场景

虽然jdk提供了几种常用特性的线程池给我们，但是很多时候，我还是需要自己去自定义自己需要特征的线程池。并且阿里巴巴规范手册里面，就是不建议使用jdk的线程池，而是建议程序员手动创建线程池。
为什么呢？原文如下
【强制】线程池不允许使用 Executors 去创建，而是通过 ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险
说明：Executors 返回的线程池对象的弊端如下：
1、FixedThreadPool 和 SingleThreadPool:
允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。
2、CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool:
允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM
但是除此之外，自己通过ThreadPoolExecutor定义线程池还有很多好处。
比如说，
1.自己根据需求定义自己的拒绝策略，如果线程过多，任务过多如何处理。
2.补充完善的线程信息，比如线程名，这一点在将来如果出现线上bug的时候，你会感谢自己，因为你绝不想在线上看到什么threa-1 threa-2 等这种线程爆出的错误，而且是看到自己 “处理xxx线程错误”，可以一眼看到
3.可以通过ThreadPoolExecutor的beforExecute(),
afterExecute()和terminated()方法去拓展对线程池运行前，运行后，结束后等不同阶段的控制。比如说通过拓展打印日志输出一些有用的调试信息。在故障诊断是非常有用的。
4.可以通过自定义线程创建，可以自定义线程名称，组，优先级等信息，包括设置为守护线程等，根据需求。

2、线程池详解

之前我们在Executors工厂里面看到的方法，

 /*
    newFixedThreadPool 固定线程线程数量的线程池，该线程池内的线程数量始终不变，  
    如果任务到来，内部有空闲线程，则立即执行，如果没有或任务数量大于线程数，多出来的任务，  
    则会被暂存到任务队列中，待线程空闲，按先入先出的顺序处理。
    该任务队列是LinkedBlockingQueue，是无界队列，如果任务数量特别多，可能会导致内存不足
    */
    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }
    /*
    newSingleThreadExecutor(),该方法返回一个只有一个线程的线程池，多出来的任务会被放到任务队列内，  
    待线程空闲，按先入先出的顺序执行队列中的任务。队列也是无界队列
    */
     public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

可以看到，本质都是对ThreadPoolExecutor进行封装。
那么强大的ThreadPoolExecutor又是如何使用？
先看构造方法定义

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

1.corePoolSize 指定了线程池里的线程数量
2.maximumPoolSize 指定了线程池里的最大线程数量
3.keepAliveTime 当线程池线程数量大于corePoolSize时候，多出来的空闲线程，多长时间会被销毁。
4.unit 时间单位
5.workQueue 任务队列，用于存放提交但是尚未被执行的任务。
6.threadFactory 线程工厂，用于创建线程，一般可以用默认的
7.handler 拒绝策略，当任务过多时候，如何拒绝任务。
主要是workQueue和handler的差异比较大
workQueue指被提交但未执行的任务队列，它是一个BlockingQueue接口的对象，仅用于存放Runnable对象。
ThreadPoolExecutor的构造函数中，可使用以下几种BlockingQueue
1.直接提交队列：即SynchronousQueue ,这是一个比较特殊的BlockKingQueue， SynchronousQueue没有容量，每一个插入操作都要等待对应的删除操作，反之一个删除操作都要等待对应的插入操作。也就是如果使用SynchronousQueue，提交的任务不会被真实保存，而是将新任务交给空闲线程执行，如果没有空闲线程，则创建线程，如果线程数都已经大于最大线程数，则执行拒绝策略。使用这种队列，需要将maximumPoolSize设置的非常大，不然容易执行拒绝策略。比如说
没有最大线程数限制的newCachedThreadPool()

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

但是这个在大量任务的时候，会启用等量的线程去处理，有风险造成系统资源不足。
2.有界任务队列。有界任务队列可以使用ArrayBlockingQueue实现。需要给一个容量参数表示该队列的最大值。当有新任务进来时，如果当前线程数小于corePoolSize，则会创建新线程执行任务。如果大于，则会将任务放到任务队列中，如果任务队列满了，在当前线程小于将maximumPoolSize的情况下，将会创建新线程，如果大于maximumPoolSize，则执行拒绝策略。
也就是，一阶段，当线程数小于coresize的时候，创建线程；二阶段，当线程任务数大于coresize的时候，放入到队列中；三阶段，队列满，但是还没大于maxsize的时候，创建新线程。四阶段，队列满，线程数也大于了maxsize, 则执行拒绝策略。
可以发现，有界任务队列，会大概率将任务保持在coresize上，只有队列满了，也就是任务非常繁忙的时候，会到达maxsie。
3.无界任务队列。
使用linkedBlockingQueue实现，队列最大长度限制为integer.MAX。无界任务队列，不存在任务入队失败的情况，当任务过来时候，如果线程数小于coresize ，则创建线程，如果大于，则放入到任务队列里面。也就是，线程数几乎会一直维持在coresize大小。FixedThreadPool和singleThreadPool即是如此。风险在于，如果任务队列里面任务堆积过多，可能导致内存不足。
4.优先级任务队列。使用PrioriBlockingQueue ，特殊的无界队列，和普通的先进先出队列不同，它是优先级高的先出。
因此，自定义线程池的时候，应该根据实际需要，选择合适的任务队列应对不同的场景。
这里给出ThreadPool的核心调度代码

//runnable为线程内的任务
 public void execute(Runnable command) {
 //为null则抛出异常
        if (command == null)
            throw new NullPointerException();
       //获取工作的线程数量
        int c = ctl.get();
        //数量小于coresize
        if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        //addWorker 直接执行新线程
            if (addWorker(command, true))
                return;
            c = ctl.get();
        }
        //如果大于corsize 则放到等待队列中
        //workQueue.offer()表示放到队列中
        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);
        }
        //如果放到队列中失败，直接提交给线程池执行
        //如果提交失败，则执行reject() 拒绝策略
        else if (!addWorker(command, false))
            reject(command);
    }

jdk内置的拒绝策略如下：
拒绝策略
1.AbortPolicy 该策略会直接抛出异常，阻止系统正常工作。
2.CallerRunsPolic 策略：只要线程池未关闭，该策略直接在调用者线程中，运行当前被丢弃的任务，这样做不会真正的丢弃任务，但是任务提交线程的性能可能会急剧下降。
3.DisCardOledestPolicy 策略：该策略默默地丢弃无法处理的任务，不予任务处理，如果允许任务丢失，这是最好的方法了。
jdk内置的几种线程池，主要采用的是AbortPolicy 策略，会直接抛出异常,defaultHandler如下。

private static final RejectedExecutionHandler defaultHandler =new AbortPolicy();

以上内置的策略均实现了RejectedExecutionHandler接口，因此我们也可以实现这个接口，自定义我们自己的策略。

 public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        public AbortPolicy() { }
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
            throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
                                                 " rejected from " +
                                                 e.toString());
        }
    }

最后的最后，所有的线程池里面，线程是从哪里来的？
答案是ThreadFactory
这个是一个接口，里面只有一个方法，用来创建线程

public interface ThreadFactory {
    Thread newThread(Runnable r);
}

线程池的默认ThreadFactory如下

  static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {
        private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
        private final ThreadGroup group;
        private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
        private final String namePrefix;
        DefaultThreadFactory() {
            SecurityManager s = System.getSecurityManager();
            group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
                                  Thread.currentThread().getThreadGroup();
            namePrefix = "pool-" +
                          poolNumber.getAndIncrement() +
                         "-thread-";
        }
        public Thread newThread(Runnable r) {
            Thread t = new Thread(group, r,
                                  namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),
                                  0);
            if (t.isDaemon())
                t.setDaemon(false);
            if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)
                t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
            return t;
        }
    }

同理我们也可以通过实现ThreadFactory来定义我们自己的线程工厂，比如说自定义线程名称，组，优先级等信息，可以跟着线程池究竟在何时创建了多少线程等等。

9、线程池的关闭

关闭线程池可以调用shutdownNow和shutdown两个方法来实现
shutdownNow：对正在执行的任务全部发出interrupt()，停止执行，对还未开始执行的任务全部取消，并且返回还没开始的任务列表。
shutdown：当我们调用shutdown后，线程池将不再接受新的任务，但也不会去强制终止已经提交或者正在执行中的任务。
还有一些业务场景下需要知道线程池中的任务是否全部执行完成，当我们关闭线程池之后，可以用isTerminated来判断所有的线程是否执行完成，千万不要用isShutdown，isShutdown只是返回你是否调用过shutdown的结果。

10、execute和submit的区别？

1)execute() 方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功与否；
2)submit() 方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个Future类型的对象，通过这个Future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用 get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。

11、线程池都有哪几种工作队列

1、ArrayBlockingQueue
是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。
2、LinkedBlockingQueue
一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO （先进先出）排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列
3、SynchronousQueue
一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。
4、PriorityBlockingQueue
一个具有优先级的无限阻塞队列。

12、实现Runnable接口和Callable接口的区别

如果想让线程池执行任务的话需要实现的Runnable接口或Callable接口。 Runnable接口或Callable接口实现类都可以被ThreadPoolExecutor或ScheduledThreadPoolExecutor执行。两者的区别在于 Runnable 接口不会返回结果但是 Callable 接口可以返回结果。
备注： 工具类Executors可以实现Runnable对象和Callable对象之间的相互转换。（Executors.callable（Runnable task）或Executors.callable（Runnable task，Object resule））。

线程池

1、为什么要使用线程池？

2、线程执行流程

3、线程的五种状态