Java线程池工作原理

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池，所以我们就要认识并弄懂线程池，以便于更好为业务场景服务。
(异步与并发)

一、线程池的好处

在开发过程中，合理地使用线程池大致有3个好处：

• 第一：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。
• 第二：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。
• 第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制地创建，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分配、调优和监控。

但是，要做到合理利用线程池，必须对其实现原理了如指掌。

二、线程池工作流程

1）当提交一个新任务到线程池时，线程池判断corePoolSize线程池是否都在执行任务，如果有空闲线程，则创建一个新的工作线程来执行任务，直到当前线程数等于corePoolSize；

2）如果当前线程数为corePoolSize，继续提交的任务被保存到阻塞队列中，等待被执行；

3）如果阻塞队列满了，那就创建新的线程执行当前任务，直到线程池中的线程数达到maxPoolSize，这时再有任务来，由饱和策略来处理提交的任务。

三、线程池参数

下面是ThreadPoolExecutor类的构造方法传参数

public ThreadPoolExecutor(
int corePoolSize, #核心线程数
int maximumPoolSize, #最大线程数
long keepAliveTime, #达到最大线程数数时候，线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间
TimeUnit unit, #keepAliveTime单位
BlockingQueue<Runnable> workQueue #阻塞队列
RejectedExecutionHandler handler #饱和策略

) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
    Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}

new ThreadPoolExecutor(6 ,12, 5L, TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10),new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

比如corePoolSize为6，maximumPoolSize为12，keepAliveTime为5秒，队列长度为10；提交任务数达到核心线程数6时候，新来的任务就会被放入LinkedBlockingQueue阻塞队列。
当队列任务数达到10个时候，就会创建新线程执行任务，直到达到maximumPoolSize数量12。如果还有新来的任务，由策略来处理提交的任务；如果没有，线程池空闲时候，超过5秒，创建的maximumPoolSize，就会被销毁。

四、阻塞队列

阻塞队列BlockingQueue接口，从jdk1.5开始，有四个实现类，jdk8亦是如此

• 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。

• LinkedBlockingQueue：一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按FIFO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。

• 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使用了这个列。

• PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列。

五、饱和策略

当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。在JDK 1.5中Java线程池框架提供了以下4种策略。

• AbortPolicy：直接抛出异常。
• CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。
• DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。
• DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。

当然，也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

六、向线程池提交任务

可以使用两个方法向线程池提交任务，分别为execute()和submit()方法

• 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
• 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)，在指定的时间内会等待任务执行，超时则抛出超时异常，等待时候会阻塞当前线程

package com.mine.test;

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.TimeoutException;

public class ThreadPoolTest {
	public static void main(String[] args) {

		// 新建线程池
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(6, // 核心线程数
				12, // 最大线程数
				5L, // KeepAlive Time long
				TimeUnit.SECONDS, // TimeOut
				new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10), // 阻塞队列
				new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()// 饱和策略
		);

		// 向线程池提交任务
		// 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

		threadPoolExecutor.execute(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				// TODO Auto-generated method stub
				System.out.println(
						"执行当前线程体,线程名：  " + Thread.currentThread().getName() + "当前:" + System.currentTimeMillis());
				try {
					Thread.sleep(2000);
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			}
		});

		Future<?> future = threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				// TODO Auto-generated method stub
				System.out.println("执行当前线程体,线程名：  " + Thread.currentThread().getName());
				try {
					Thread.sleep(2000);
				} catch (InterruptedException e) {
					// TODO Auto-generated catch block
					e.printStackTrace();
				}
			}
		});

		/**
		 * 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)，在指定的时间内会等待任务执行，超时则抛出超时异常，等待时候会阻塞当前线程
		 */
		try {
			// 阻塞当前线程，直到任务完成
			Object obj = future.get();
			// 当前线程等待执行结果的返回值，延迟2s
			Object obj2 = future.get(10, TimeUnit.MINUTES);

		} catch (InterruptedException e) {
			// 处理中断异常
			// TODO: handle exception
		} catch (ExecutionException e) {
			// 处理执行异常
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		} catch (TimeoutException e) {
			// 处理超时异常
			e.printStackTrace();
		} finally {// 关闭线程池
			threadPoolExecutor.shutdown();
		}
		threadPoolExecutor.shutdown();
	}
}

七、关闭线程池

ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，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

shutdown()：不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务。

shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务。

只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，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。

因此，判断线程池所有线程是否执行完成，可以这样写：

while(true){//死循环
	if(threadPool.isTerminated()) {
			//执行自己的操作
			break;//true停止
	}
	Thread.sleep(500);//休眠500继续循环
}

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，等待执行任务的线程完成。

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。

八、线程池状态

线程池有五种运行状态：

1、RUNNING

(1) 状态说明：线程池处在RUNNING状态时，能够接收新任务，以及对已添加的任务进行处理。
(2) 状态切换：线程池的初始化状态是RUNNING。线程池被一旦被创建，
就处于RUNNING状态，且线程池中的任务数为0

2、 SHUTDOWN

(1) 状态说明：线程池处在SHUTDOWN状态时，不接收新任务，但能处理已添加的任务。
(2) 状态切换：调用线程池的shutdown()接口时，线程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

3、STOP

(1) 状态说明：线程池处在STOP状态时，不接收新任务，不处理已添加的任务，并且会中断正在处理的任务。
(2) 状态切换：调用线程池的shutdownNow()接口时，线程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。

4、TIDYING

(1) 状态说明：当所有的任务已终止，ctl记录的”任务数量”为0，线程池会变为
TIDYING状态。当线程池变为TIDYING状态时，会执行钩子函数terminated()。
terminated()在ThreadPoolExecutor类中是空的，若用户想在线程池变为TIDYING时，
进行相应的处理；可以通过重载terminated()函数来实现。
(2) 状态切换：当线程池在SHUTDOWN状态下，阻塞队列为空并且线程池中执行的任务
也为空时，就会由 SHUTDOWN->TIDYING。当线程池在STOP状态下，线程池中执行的任务
为空时，就会由STOP -> TIDYING。

5、 TERMINATED

(1) 状态说明：线程池彻底终止，就变成TERMINATED状态。
(2) 状态切换：线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()之后，
就会由 TIDYING -> TERMINATED。