线程池全面解析，一篇就够了！

为什么使用线程池

一般情况有下面三个原因

创建/销毁线程伴随着系统开销，过于频繁的创建/销毁线程，会很大程度上影响处理效率，应用能够更加充分合理地协调利用CPU、内存、网络、I/O等系统资源；

为什么会影响处理效率呢？
答：线程的创建需要开辟虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器等线程私有的内存空间; 在线程销毁时需要回收这些系统资源.频繁地创建和销毁线程会浪费大量的系统资源,增加并发编程风险.

线程并发数量过多，抢占系统资源从而导致阻塞，利用线程池管理并复用线程，控制最大并发数；
使用线程池可以对线程进行一些简单的管理，实现任务线程队列缓存策略和拒绝机制，实现某些与时间相关的功能，例如定时执行、周期执行等，另外还可以隔离线程环境；

线程池ThreadPoolExecutor

Android中线程池来自于Java，那么研究Android线程池其实也可以说是研究Java中的线程池

在Java中，线程池的概念是Executor这个接口，具体实现为ThreadPoolExecutor类，学习Java中的线程池，就可以直接学习他了

对线程池的配置，就是对ThreadPoolExecutor构造函数的参数的配置，既然这些参数这么重要，就来看看构造函数的各个参数吧

ThreadPoolExecutor的重要参数

corePoolSize：核心线程数核心线程会一直存活，即使没有任务需要执行当线程数小于核心线程数时，即使有线程空闲，线程池也会优先创建新线程处理设置allowCoreThreadTimeout=true（默认false）时，核心线程会超时关闭
workQueue：任务队列（阻塞队列）当核心线程数达到最大时，新任务会放在队列中排队等待执行，该线程池中的任务队列：维护着等待执行的Runnable对象

当所有的核心线程都在干活时，新添加的任务会被添加到这个队列中等待处理，如果队列满了，则新建非核心线程执行任务

常用的workQueue类型：

SynchronousQueue：这个队列接收到任务的时候，会直接提交给线程处理，而不保留它，如果所有线程都在工作怎么办？那就新建一个线程来处理这个任务！所以为了保证不出现<线程数达到了maximumPoolSize而不能新建线程>的错误，使用这个类型队列的时候，maximumPoolSize一般指定成Integer.MAX_VALUE，即无限大
LinkedBlockingQueue：这个队列接收到任务的时候，如果当前线程数小于核心线程数，则新建线程(核心线程)处理任务；如果当前线程数等于核心线程数，则进入队列等待。由于这个队列没有最大值限制，即所有超过核心线程数的任务都将被添加到队列中，这也就导致了maximumPoolSize的设定失效，因为总线程数永远不会超过corePoolSize
ArrayBlockingQueue：可以限定队列的长度，接收到任务的时候，如果没有达到corePoolSize的值，则新建线程(核心线程)执行任务，如果达到了，则入队等候，如果队列已满，则新建线程(非核心线程)执行任务，又如果总线程数到了maximumPoolSize，并且队列也满了，则发生错误
DelayQueue：队列内元素必须实现Delayed接口，这就意味着你传进去的任务必须先实现Delayed接口。这个队列接收到任务时，首先先入队，只有达到了指定的延时时间，才会执行任务

maxPoolSize：最大线程数
- 当线程数>=corePoolSize，且任务队列已满时。线程池会创建新线程来处理任务
- 当线程数=maxPoolSize，且任务队列已满时，线程池会拒绝处理任务而抛出异常
keepAliveTime：线程空闲时间当线程空闲时间达到keepAliveTime时，线程会退出，直到线程数量=corePoolSize 如果allowCoreThreadTimeout=true，则会直到线程数量=0 方法allowCoreThreadTimeout（）可以设置允许核心线程超时退出
TimeUnit ：keepAliveTime的单位，TimeUnit是一个枚举类型，其包括：
- NANOSECONDS ： 1微毫秒 = 1微秒 / 1000
- MICROSECONDS ： 1微秒 = 1毫秒 / 1000
- MILLISECONDS ： 1毫秒 = 1秒 /1000
- SECONDS ：秒
- MINUTES ：分
- HOURS ：小时
- DAYS ：天
ThreadFactory 创建线程的方式，是一个接口，new他的时候需要实现他的Thread
rejectedExecutionHandler：任务拒绝处理器
- 两种情况会拒绝处理任务：
  - 当线程数已经达到maxPoolSize，切队列已满，会拒绝新任务
  - 当线程池被调用shutdown()后，会等待线程池里的任务执行完毕，再shutdown。如果在调用shutdown()和线程池真正shutdown之间提交任务，会拒绝新任务线程池会调用rejectedExecutionHandler来处理这个任务。如果没有设置默认是AbortPolicy，会抛出异常

ThreadPoolExecutor类有几个内部实现类来处理这类情况：

AbortPolicy 丢弃任务，抛运行时异常
CallerRunsPolicy 执行任务
DiscardPolicy 忽视，什么都不会发生
DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列（最后一个执行）的任务
实现RejectedExecutionHandler接口，可自定义处理器

ThreadPoolExecutor执行顺序

线程池按以下行为执行任务

面试时可能经常会被问到的一个问题

当线程数小于核心线程数时，创建核心线程执行任务。
当线程数大于等于核心线程数，且任务队列未满时，将任务放入任务队列。
当线程数大于等于核心线程数，且任务队列已满
- 若线程数小于最大线程数，创建线程执行任务
- 若线程数等于最大线程数，抛出异常，拒绝任务，异常策略是上面介绍的那些类型

线程池中任务执行

一般情况下有两种方式可以向线程池中提交任务

execute 调用execute（）方法提交任务到线程池中进行执行，这个方法是没有返回值的，比较常用，是ThreadPoolExecutor自己实现的方法；这种方式无法判断任务被线程池执行的情况，比如是否成功;
submit 调用submit方法会有返回，完整的方法描述是：public Future<?> submit(Runnable task)，其中泛型T是我们回调的结果类型，如果我们希望监听任务执行的结果，可以使用submit方法提交任务，这个方法其实是ThreadPoolExecutor的父类AbstractExecutorService的方法；
返回的future可通过get()获取返回值,get()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,这时候可能任务没有执行完.

默认的常用线程池

一般我们可能不需要自己去根据实际需要进行参数设定对应的ThreadPoolExecutor来实现线程池，大部分情况下，我们使用java并发包中提供的Executors的类调用它的静态方法获取需要的线程池类型

newFixedThreadPool 创建固定线程数的线程池因为最大线程数和核心线程数相等，并且是无界队列，可控制线程最大并发数（同时执行的线程数），超出的线程会在队列中等待

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

newSingleThreadExecutor 单任务队列的线程池,最大线程数和核心线程数都是1，无界队列，所有的任务都按照顺序进行执行；

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

ScheduledThreadPool 支持定时周期性执行任务的线程池

 public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }

CachedThreadPool 线程数无限制有空闲线程则复用空闲线程，若无空闲线程则新建线程一定程序减少频繁创建/销毁线程，减少系统开销

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

线程池的关闭

可通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池.

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,所以无法响应中断的任务可能永远无法终止.

但是它们存在一定的区别

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
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.

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.

至于应该调用哪一种方法,应该由提交到线程池的任务的特性决定,通常调用shutdown方法来关闭线程池,若任务不一定要执行完,则可以调用shutdownNow方法.

线程池的状态

running状态：当线程池创建后，初始为 running 状态
shutdown状态：调用 shutdown 方法后，处在shutdown 状态，此时不再接受新的任务，等待已有的任务执行完毕
stop状态：调用 shutdownnow 方法后，进入 stop 状态，不再接受新的任务，并且会尝试终止正在执行的任务。
terminated状态：当处于 shotdown 或 stop 状态，并且所有工作线程已经销毁，任务缓存队列已清空，线程池被设为 terminated 状态。

线程池的配置选择

要想合理地配置线程池,就必须首先分析任务特性,可从以下几个角度来分析

任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务和混合型任务
任务的优先级：高、中和低
任务的执行时间：长、中和短
任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接。

针对不同性质的任务

使用不同规模的线程池进行处理

CPU密集型任务应配置尽可能小的线程,配置 N(CPU)+1或者 N(CPU) * 2
I/O密集型任务业务读取较多,线程并不是一直在执行任务,则应配置尽可能多的线程 N(CPU)/1 - 阻塞系数(0.8~0.9)
混合型的任务如果可以拆分,将其拆分成一个CPU密集型任务和一个IO密集型任务,只要这两个任务执行的时间相差不是太大,那么分解后执行的吞吐量将高于串行执行的吞吐量.如果这两个任务执行时间相差太大,则没必要进行分解.

通过Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法获得当前设备的CPU个数

针对优先级不同的任务

优先级不同的任务可以使用PriorityBlockingQueue处理.它可以让优先级高的任务先执行. 如果一直有优先级高的任务提交到队列里,那么优先级低的任务可能永远不能执行，这一点需要特别注意

针对执行时间不同的任务

执行时间不同的任务可以交给不同规模的线程池来处理,或者可以使用优先级队列,让执行时间短的任务先执行.

建议使用有界队列有界队列能增加系统的稳定性和预警能力,如果我们设置成无界队列,那么线程池的队列就会越来越多,有可能会撑满内存,导致整个系统不可用,而不只是后台任务出现问题.当然这些对于java后台的开发比较关键，对于android的开发相对比较少一些；

线程池的监控

如果在系统中大量使用线程池,则有必要对线程池进行监控,方便在出现问题时,可以根据线程池的使用状况快速定位问题.可通过线程池提供的参数进行监控,在监控线程池的时候可以使用以下属性:

taskCount：线程池需要执行的任务数量
completedTaskCount：线程池在运行过程中已完成的任务数量，小于或等于taskCount。
largestPoolSize：线程池里曾经创建过的最大线程数量.通过这个数据可以知道线程池是否曾经满过.如该数值等于线程池的最大大小,则表示线程池曾经满过.
getPoolSize：线程池的线程数量.如果线程池不销毁的话,线程池里的线程不会自动销毁，所以这个大小只增不减.
getActiveCount：获取活动的线程数.

通过扩展线程池进行监控.可以通过继承线程池来自定义线程池,重写线程池的 beforeExecute、afterExecute和terminated方法,也可以在任务执行前、执行后和线程池关闭前执行一些代码来进行监控.例如,监控任务的平均执行时间、最大执行时间和最小执行时间等.

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