Java四种线程池newCachedThreadPool,newFixedThreadPool,newScheduledThreadPool,newSingleThreadExecutor

1、new Thread的弊端

执行一个异步任务你还只是如下new Thread吗？

Java

1 new Thread(new Runnable() {
2   
3 @Override
4 public void run() {
5 // TODO Auto-generated method stub
6 }
7 }).start();

那你就out太多了，new Thread的弊端如下：

a. 每次new Thread新建对象性能差。
b. 线程缺乏统一管理，可能无限制新建线程，相互之间竞争，及可能占用过多系统资源导致死机或oom。
c. 缺乏更多功能，如定时执行、定期执行、线程中断。
相比new Thread，Java提供的四种线程池的好处在于：
a. 重用存在的线程，减少对象创建、消亡的开销，性能佳。
b. 可有效控制最大并发线程数，提高系统资源的使用率，同时避免过多资源竞争，避免堵塞。
c. 提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。

2、Java 线程池
Java通过Executors提供四种线程池，分别为：
newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。
newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

(1). newCachedThreadPool
创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。示例代码如下：

 1 ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
 2 for (int i = 0; i < 10; i++) {
 3 final int index = i;
 4 try {
 5 Thread.sleep(index * 1000);
 6 } catch (InterruptedException e) {
 7 e.printStackTrace();
 8 }
 9   
10 cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
11   
12 @Override
13 public void run() {
14 System.out.println(index);
15 }
16 });
17 }

线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。

(2). newFixedThreadPool
创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。示例代码如下：

 1 ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
 2 for (int i = 0; i < 10; i++) {
 3 final int index = i;
 4 fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
 5   
 6 @Override
 7 public void run() {
 8 try {
 9 System.out.println(index);
10 Thread.sleep(2000);
11 } catch (InterruptedException e) {
12 // TODO Auto-generated catch block
13 e.printStackTrace();
14 }
15 }
16 });
17 }

因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字。

定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()。可参考PreloadDataCache。

(3) newScheduledThreadPool
创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。延迟执行示例代码如下：

1 ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
2 scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
3   
4 @Override
5 public void run() {
6 System.out.println("delay 3 seconds");
7 }
8 }, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟3秒执行。

定期执行示例代码如下：

Java

1 scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
2   
3 @Override
4 public void run() {
5 System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
6 }
7 }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

表示延迟1秒后每3秒执行一次。

ScheduledExecutorService比Timer更安全，功能更强大，后面会有一篇单独进行对比。

(4)、newSingleThreadExecutor
创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。示例代码如下：

 1 ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
 2 for (int i = 0; i < 10; i++) {
 3 final int index = i;
 4 singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
 5   
 6 @Override
 7 public void run() {
 8 try {
 9 System.out.println(index);
10 Thread.sleep(2000);
11 } catch (InterruptedException e) {
12 // TODO Auto-generated catch block
13 e.printStackTrace();
14 }
15 }
16 });
17 }

结果依次输出，相当于顺序执行各个任务。

现行大多数GUI程序都是单线程的。Android中单线程可用于数据库操作，文件操作，应用批量安装，应用批量删除等不适合并发但可能IO阻塞性及影响UI线程响应的操作。

线程池的作用：

线程池作用就是限制系统中执行线程的数量。
根据系统的环境情况，可以自动或手动设置线程数量，达到运行的最佳效果；少了浪费了系统资源，多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量，其他线程排队等候。一个任务执行完毕，再从队列的中取最前面的任务开始执行。若队列中没有等待进程，线程池的这一资源处于等待。当一个新任务需要运行时，如果线程池中有等待的工作线程，就可以开始运行了；否则进入等待队列。

为什么要用线程池:

1.减少了创建和销毁线程的次数，每个工作线程都可以被重复利用，可执行多个任务。

2.可以根据系统的承受能力，调整线程池中工作线线程的数目，防止因为消耗过多的内存，而把服务器累趴下(每个线程需要大约1MB内存，线程开的越多，消耗的内存也就越大，最后死机)。

Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。

比较重要的几个类：

ExecutorService	真正的线程池接口。
ScheduledExecutorService	能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。
ThreadPoolExecutor	ExecutorService的默认实现。
ScheduledThreadPoolExecutor	继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。

要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。

1. newSingleThreadExecutor

创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

2.newFixedThreadPool

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

3. newCachedThreadPool

创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，

那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

4.newScheduledThreadPool

创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

实例

1：newSingleThreadExecutor

MyThread.java

 1 publicclassMyThread extends Thread {
 2 
 3     @Override
 4 
 5     publicvoid run() {
 6 
 7         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行。。。");
 8 
 9     }
10 
11 }

TestSingleThreadExecutor.java

 1 publicclassTestSingleThreadExecutor {
 2 
 3     publicstaticvoid main(String[] args) {
 4 
 5         //创建一个可重用固定线程数的线程池
 6 
 7         ExecutorService pool = Executors. newSingleThreadExecutor();
 8 
 9         //创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口
10 
11         Thread t1 = new MyThread();
12 
13         Thread t2 = new MyThread();
14 
15         Thread t3 = new MyThread();
16 
17         Thread t4 = new MyThread();
18 
19         Thread t5 = new MyThread();
20 
21         //将线程放入池中进行执行
22 
23         pool.execute(t1);
24 
25         pool.execute(t2);
26 
27         pool.execute(t3);
28 
29         pool.execute(t4);
30 
31         pool.execute(t5);
32 
33         //关闭线程池
34 
35         pool.shutdown();
36 
37     }
38 
39 }

输出结果

pool-1-thread-1正在执行。。。

pool-1-thread-1正在执行。。。

pool-1-thread-1正在执行。。。

pool-1-thread-1正在执行。。。

pool-1-thread-1正在执行。。。

2 、newFixedThreadPool

TestFixedThreadPool.Java

 1 publicclass TestFixedThreadPool {
 2 
 3     publicstaticvoid main(String[] args) {
 4 
 5         //创建一个可重用固定线程数的线程池
 6 
 7         ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
 8 
 9         //创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口
10 
11         Thread t1 = new MyThread();
12 
13         Thread t2 = new MyThread();
14 
15         Thread t3 = new MyThread();
16 
17         Thread t4 = new MyThread();
18 
19         Thread t5 = new MyThread();
20 
21         //将线程放入池中进行执行
22 
23         pool.execute(t1);
24 
25         pool.execute(t2);
26 
27         pool.execute(t3);
28 
29         pool.execute(t4);
30 
31         pool.execute(t5);
32 
33         //关闭线程池
34 
35         pool.shutdown();
36 
37     }
38 
39 }

输出结果

pool-1-thread-1正在执行。。。

pool-1-thread-2正在执行。。。

pool-1-thread-1正在执行。。。

pool-1-thread-2正在执行。。。

pool-1-thread-1正在执行。。。

3、 newCachedThreadPool

TestCachedThreadPool.java

 1 publicclass TestCachedThreadPool {
 2 
 3     publicstaticvoid main(String[] args) {
 4 
 5         //创建一个可重用固定线程数的线程池
 6 
 7         ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
 8 
 9         //创建实现了Runnable接口对象，Thread对象当然也实现了Runnable接口
10 
11         Thread t1 = new MyThread();
12 
13         Thread t2 = new MyThread();
14 
15         Thread t3 = new MyThread();
16 
17         Thread t4 = new MyThread();
18 
19         Thread t5 = new MyThread();
20 
21         //将线程放入池中进行执行
22 
23         pool.execute(t1);
24 
25         pool.execute(t2);
26 
27         pool.execute(t3);
28 
29         pool.execute(t4);
30 
31         pool.execute(t5);
32 
33         //关闭线程池
34 
35         pool.shutdown();
36 
37     }
38 
39 }

输出结果：

pool-1-thread-2正在执行。。。

pool-1-thread-4正在执行。。。

pool-1-thread-3正在执行。。。

pool-1-thread-1正在执行。。。

pool-1-thread-5正在执行。。。

4、newScheduledThreadPool

TestScheduledThreadPoolExecutor.java

 1 publicclass TestScheduledThreadPoolExecutor {
 2 
 3     publicstaticvoid main(String[] args) {
 4 
 5         ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);
 6 
 7         exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段时间就触发异常
 8 
 9                       @Override
10 
11                       publicvoid run() {
12 
13                            //throw new RuntimeException();
14 
15                            System.out.println("================");
16 
17                       }
18 
19                   }, 1000, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);
20 
21         exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段时间打印系统时间，证明两者是互不影响的
22 
23                       @Override
24 
25                       publicvoid run() {
26 
27                            System.out.println(System.nanoTime());
28 
29                       }
30 
31                   }, 1000, 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);
32 
33     }
34 
35 }

输出结果：

================

8384644549516

8386643829034

8388643830710

================

8390643851383

8392643879319

8400643939383

无论创建那种线程池必须要调用ThreadPoolExecutor

线程池类为 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor，常用构造方法为：

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize,
long keepAliveTime, TimeUnit unit,
BlockingQueue workQueue,
RejectedExecutionHandler handler)
corePoolSize：线程池维护线程的最少数量
maximumPoolSize：线程池维护线程的最大数量
keepAliveTime：线程池维护线程所允许的空闲时间
unit：线程池维护线程所允许的空闲时间的单位
workQueue：线程池所使用的缓冲队列
handler：线程池对拒绝任务的处理策略

一个任务通过 execute(Runnable)方法被添加到线程池，任务就是一个 Runnable类型的对象，任务的执行方法就是 Runnable类型对象的run()方法。

当一个任务通过execute(Runnable)方法欲添加到线程池时：

如果此时线程池中的数量小于corePoolSize，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要创建新的线程来处理被添加的任务。
如果此时线程池中的数量等于 corePoolSize，但是缓冲队列 workQueue未满，那么任务被放入缓冲队列。
如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量小于maximumPoolSize，建新的线程来处理被添加的任务。
如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量等于maximumPoolSize，那么通过 handler所指定的策略来处理此任务。

也就是：处理任务的优先级为：
核心线程corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize，如果三者都满了，使用handler处理被拒绝的任务。

当线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止。这样，线程池可以动态的调整池中的线程数。

unit可选的参数为java.util.concurrent.TimeUnit中的几个静态属性：
NANOSECONDS、MICROSECONDS、MILLISECONDS、SECONDS。

workQueue我常用的是：java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue

handler有四个选择：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException异常
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
重试添加当前的任务，他会自动重复调用execute()方法
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()
抛弃旧的任务
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()
抛弃当前的任务

当然也可以根据应用场景实现RejectedExecutionHandler接口，自定义饱和策略，如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

Executor 可以创建 3 种类型的 ThreadPoolExecutor 线程池：

1. FixedThreadPool

创建固定长度的线程池，每次提交任务创建一个线程，直到达到线程池的最大数量，线程池的大小不再变化。

这个线程池可以创建固定线程数的线程池。特点就是可以重用固定数量线程的线程池。它的构造源码如下：

1 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) { 
2         return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L,
3                                       TimeUnit.MILLISECONDS, 
4                                       new LinkedBlockingQueue<Runnable>()); 
5 }

FixedThreadPool的corePoolSize和maxiumPoolSize都被设置为创建FixedThreadPool时指定的参数nThreads。
0L则表示当线程池中的线程数量操作核心线程的数量时，多余的线程将被立即停止
最后一个参数表示FixedThreadPool使用了无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的做工队列，由于是无界的，当线程池的线程数达到corePoolSize后，新任务将在无界队列中等待，因此线程池的线程数量不会超过corePoolSize，同时maxiumPoolSize也就变成了一个无效的参数，并且运行中的线程池并不会拒绝任务。

FixedThreadPool运行图如下

执行过程如下：

1.如果当前工作中的线程数量少于corePool的数量，就创建新的线程来执行任务。

2.当线程池的工作中的线程数量达到了corePool，则将任务加入LinkedBlockingQueue。

3.线程执行完1中的任务后会从队列中去任务。

注意LinkedBlockingQueue是无界队列，所以可以一直添加新任务到线程池。

2. SingleThreadExecutor　　

SingleThreadExecutor是使用单个worker线程的Executor。特点是使用单个工作线程执行任务。它的构造源码如下：

1 public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
2         return new FinalizableDelegatedExecutorService
3             (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
4                                     0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
5                                     new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
6 }

SingleThreadExecutor的corePoolSize和maxiumPoolSize都被设置1。

其他参数均与FixedThreadPool相同，其运行图如下：

执行过程如下：

1.如果当前工作中的线程数量少于corePool的数量，就创建一个新的线程来执行任务。

2.当线程池的工作中的线程数量达到了corePool，则将任务加入LinkedBlockingQueue。

3.线程执行完1中的任务后会从队列中去任务。

注意：由于在线程池中只有一个工作线程，所以任务可以按照添加顺序执行。

3. CachedThreadPool

CachedThreadPool是一个”无限“容量的线程池，它会根据需要创建新线程。特点是可以根据需要来创建新的线程执行任务，没有特定的corePool。下面是它的构造方法：

1 public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
2         return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
3                                       60L, TimeUnit.SECONDS,
4                                       new SynchronousQueue<Runnable>());
5 }

CachedThreadPool的corePoolSize被设置为0，即corePool为空；maximumPoolSize被设置为Integer.MAX_VALUE，即maximum是无界的。这里keepAliveTime设置为60秒，意味着空闲的线程最多可以等待任务60秒，否则将被回收。

CachedThreadPool使用没有容量的SynchronousQueue作为主线程池的工作队列，它是一个没有容量的阻塞队列。每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作。这意味着，如果主线程提交任务的速度高于线程池中处理任务的速度时，CachedThreadPool会不断创建新线程。极端情况下，CachedThreadPool会因为创建过多线程而耗尽CPU资源。其运行图如下：

执行过程如下：

1.首先执行SynchronousQueue.offer(Runnable task)。如果在当前的线程池中有空闲的线程正在执行SynchronousQueue.poll()，那么主线程执行的offer操作与空闲线程执行的poll操作配对成功，主线程把任务交给空闲线程执行。，execute()方法执行成功，否则执行步骤2

2.当线程池为空(初始maximumPool为空)或没有空闲线程时，配对失败，将没有线程执行SynchronousQueue.poll操作。这种情况下，线程池会创建一个新的线程执行任务。

3.在创建完新的线程以后，将会执行poll操作。当步骤2的线程执行完成后，将等待60秒，如果此时主线程提交了一个新任务，那么这个空闲线程将执行新任务，否则被回收。因此长时间不提交任务的CachedThreadPool不会占用系统资源。

SynchronousQueue是一个不存储元素阻塞队列，每次要进行offer操作时必须等待poll操作，否则不能继续添加元素。

最后来个各种阻塞队列的说明和比较：

　　Java并发包中的阻塞队列一共7个，当然他们都是线程安全的。

　　ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。

　　LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。

　　PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。

　　DealyQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。

　　SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列。

　　LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。

　　LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。