Java 四种线程池

参考:https://blog.csdn.net/w05980598/article/details/79425071

参考:https://blog.csdn.net/achuo/article/details/80623893

一、四种线程池

Java通过Executors提供四种线程池，分别为

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。
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 创建一个可定期或者延时执行任务的定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
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。

二、核心类

四种线程池本质都是创建ThreadPoolExecutor类，ThreadPoolExecutor构造参数如下

int corePoolSize, 核心线程大小
int maximumPoolSize,最大线程大小
long keepAliveTime, 超过corePoolSize的线程多久不活动被销毁时间
TimeUnit unit,时间单位
BlockingQueue<Runnable> workQueue 任务队列
ThreadFactory threadFactory 线程池工厂
RejectedExecutionHandler handler 拒绝策略

三、阻塞队列

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（常用）
PriorityBlockingQueue ：一个支持优先级排序的无界阻塞队列
DelayQueue：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（常用）
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

四、四种默认线程池源码初步分析

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

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

//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
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
             Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}

查看源码，四种线程池都是创建了ThreadPollExecutor对象，只是传递的参数不一样而已，观察传入的workQueue 都是默认，即最大可添加Integer.MAX_VALUE个任务，这也就是阿里巴巴java开发规范禁止直接使用java提供的默认线程池的原因了

五、线程池任务执行流程

当线程池小于corePoolSize时，新提交任务将创建一个新线程执行任务，即使此时线程池中存在空闲线程。
当线程池达到corePoolSize时，新提交任务将被放入workQueue中，等待线程池中任务调度执行
当workQueue已满，且maximumPoolSize>corePoolSize时，新提交任务会创建新线程执行任务
当提交任务数超过maximumPoolSize时，新提交任务由RejectedExecutionHandler处理
当线程池中超过corePoolSize线程，空闲时间达到keepAliveTime时，释放空闲线程
当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，该参数默认false，线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭

六、使用场景详解

newCachedThreadPool：

底层：返回ThreadPoolExecutor实例，corePoolSize为0；maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE；keepAliveTime为60L；时间单位TimeUnit.SECONDS；workQueue为SynchronousQueue(同步队列)
通俗：当有新任务到来，则插入到SynchronousQueue中，由于SynchronousQueue是同步队列，因此会在池中寻找可用线程来执行，若有可以线程则执行，若没有可用线程则创建一个线程来执行该任务；若池中线程空闲时间超过指定时间，则该线程会被销毁。
适用：执行很多短期的异步任务

/**
 * 1.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<br>
 * 2.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<br>
 * 3.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<br>
 */
public static void cacheThreadPool() {
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            final int ii = i;
            try {
                Thread.sleep(ii * 1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            cachedThreadPool.execute(()->out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行" + ii));
        }
}
-----output------
线程名称：pool-1-thread-1，执行1
线程名称：pool-1-thread-1，执行2
线程名称：pool-1-thread-1，执行3
线程名称：pool-1-thread-1，执行4
线程名称：pool-1-thread-1，执行5
线程名称：pool-1-thread-1，执行6
线程名称：pool-1-thread-1，执行7
线程名称：pool-1-thread-1，执行8
线程名称：pool-1-thread-1，执行9
线程名称：pool-1-thread-1，执行10

newFixedThreadPool：

底层：返回ThreadPoolExecutor实例，接收参数为所设定线程数量n，corePoolSize和maximumPoolSize均为n；keepAliveTime为0L；时间单位TimeUnit.MILLISECONDS；WorkQueue为：new LinkedBlockingQueue<Runnable>() 无界阻塞队列
通俗：创建可容纳固定数量线程的池子，每个线程的存活时间是无限的，当池子满了就不再添加线程了；如果池中的所有线程均在繁忙状态，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
适用：执行长期任务

 /**
  * 1.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<br>
  * 2.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<br>
  * 3.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，和线程名称<br>
  */
public static void fixTheadPoolTest() {
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int ii = i;
            fixedThreadPool.execute(() -> {
                out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行" + ii);
                try {
                    Thread.sleep(2000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
}
------output-------
线程名称：pool-1-thread-3，执行2
线程名称：pool-1-thread-1，执行0
线程名称：pool-1-thread-2，执行3
线程名称：pool-1-thread-3，执行4
线程名称：pool-1-thread-1，执行5
线程名称：pool-1-thread-2，执行6
线程名称：pool-1-thread-3，执行7
线程名称：pool-1-thread-1，执行8
线程名称：pool-1-thread-3，执行9

newSingleThreadExecutor:

底层：FinalizableDelegatedExecutorService包装的ThreadPoolExecutor实例，corePoolSize为1；maximumPoolSize为1；keepAliveTime为0L；时间单位TimeUnit.MILLISECONDS；workQueue为：new LinkedBlockingQueue<Runnable>() 无解阻塞队列
通俗：创建只有一个线程的线程池，当该线程正繁忙时，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)
适用：按顺序执行任务的场景

/** 
 *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
 */
public static void singleTheadPoolTest() {
        ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int ii = i;
            pool.execute(() -> out.println(Thread.currentThread().getName() + "=>" + ii));
        }
}

-----output-------

线程名称：pool-1-thread-1，执行0
线程名称：pool-1-thread-1，执行1
线程名称：pool-1-thread-1，执行2
线程名称：pool-1-thread-1，执行3
线程名称：pool-1-thread-1，执行4
线程名称：pool-1-thread-1，执行5
线程名称：pool-1-thread-1，执行6
线程名称：pool-1-thread-1，执行7
线程名称：pool-1-thread-1，执行8
线程名称：pool-1-thread-1，执行9

NewScheduledThreadPool:

底层：创建ScheduledThreadPoolExecutor实例，该对象继承了ThreadPoolExecutor，corePoolSize为传递来的参数，maximumPoolSize为Integer.MAX_VALUE；keepAliveTime为0；时间单位TimeUnit.NANOSECONDS；workQueue为：new DelayedWorkQueue() 一个按超时时间升序排序的队列
通俗：创建一个固定大小的线程池，线程池内线程存活时间无限制，线程池可以支持定时及周期性任务执行，如果所有线程均处于繁忙状态，对于新任务会进入DelayedWorkQueue队列中，这是一种按照超时时间排序的队列结构
适用：执行周期性任务

/**
 * 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
 */
public static void sceduleThreadPool() {
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        Runnable r1 = () -> out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行:3秒后执行");
        scheduledThreadPool.schedule(r1, 3, TimeUnit.SECONDS);
        Runnable r2 = () -> out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行:延迟2秒后每3秒执行一次");
        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(r2, 2, 3, TimeUnit.SECONDS);
        Runnable r3 = () -> out.println("线程名称：" + Thread.currentThread().getName() + "，执行:普通任务");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            scheduledThreadPool.execute(r3);
        }
}
----output------
线程名称：pool-1-thread-1，执行:普通任务
线程名称：pool-1-thread-5，执行:普通任务
线程名称：pool-1-thread-4，执行:普通任务
线程名称：pool-1-thread-3，执行:普通任务
线程名称：pool-1-thread-2，执行:普通任务
线程名称：pool-1-thread-1，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
线程名称：pool-1-thread-5，执行:3秒后执行
线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次
线程名称：pool-1-thread-4，执行:延迟2秒后每3秒执行一次

七、备注：

一般如果线程池任务队列采用LinkedBlockingQueue队列的话，那么不会拒绝任何任务（因为其大小为Integer.MAX_VALUE），这种情况下，ThreadPoolExecutor最多仅会按照最小线程数corePoolSize来创建线程，也就是说线程池大小被忽略了。
如果线程池任务队列采用ArrayBlockingQueue队列，初始化设置了最大队列数。那么ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize才会生效，那么ThreadPoolExecutor的maximumPoolSize才会生效会采用新的算法处理任务，
例如假定线程池的最小线程数为4，最大为8，ArrayBlockingQueue最大为10。随着任务到达并被放到队列中，线程池中最多运行4个线程（即核心线程数）直到队列完全填满，也就是说等待状态的任务小于等于10，ThreadPoolExecutor也只会利用4个核心线程线程处理任务。
如果队列已满，而又有新任务进来，此时才会启动一个新线程，这里不会因为队列已满而拒接该任务，相反会启动一个新线程。新线程会运行队列中的第一个任务，为新来的任务腾出空间。如果线程数已经等于最大线程数，任务队列也已经满了，则线程池会拒绝这个任务，默认拒绝策略是抛出异常。
这个算法背的理念是：该池大部分时间仅使用核心线程（4个），即使有适量的任务在队列中等待运行。这时线程池就可以用作节流阀。如果挤压的请求变得非常多，这时该池就会尝试运行更多的线程来清理；这时第二个节流阀—最大线程数就起作用了。