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Android源码阅读系列之-线程池[转]

2019-12-05 11 min read # Java

#线程池概念
线程池： 简单理解，它就是一个管理线程的池子。

#带着问题看文章
问题1：Java的线程池说一下，各个参数的作用，如何进行的?
问题2：按线程池内部机制，当提交新任务时，有哪些异常要考虑。
问题3：线程池都有哪几种工作队列？
问题4：使用无界队列的线程池会导致内存飙升吗？
问题5：说说几种常见的线程池及使用场景?

#线程池的优点
·它帮我们管理线程，避免增加创建线程和销毁线程的资源损耗：
因为线程其实也是一个对象，创建一个对象，需要经过类加载过程，销毁一个对象，需要走GC垃圾回收流程，都是需要资源开销的。
·提高响应速度：
如果任务到达了，相对于从线程池拿线程，重新去创建一条线程执行，速度肯定慢很多。
·重复利用：
线程用完，再放回池子，可以达到重复利用的效果，节省资源。

#线程池的创建
线程池可以通过ThreadPoolExecutor来创建，我们来看一下它的构造函数：

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

corePoolSize： 线程池核心线程数最大值
maximumPoolSize： 线程池最大线程数大小
keepAliveTime： 线程池中非核心线程空闲的存活时间大小
unit： 线程空闲存活时间单位
workQueue： 存放任务的阻塞队列
threadFactory： 用于设置创建线程的工厂，可以给创建的线程设置有意义的名字，可方便排查问题。
handler： 线城池的饱和策略事件，主要有四种类型。

#任务执行
线程池执行流程，即对应execute()方法：

·提交一个任务，线程池里存活的核心线程数小于线程数corePoolSize时，线程池会创建一个核心线程去处理提交的任务。
·如果线程池核心线程数已满，即线程数已经等于corePoolSize，一个新提交的任务，会被放进任务队列workQueue排队等待执行。
·当线程池里面存活的线程数已经等于corePoolSize了,并且任务队列workQueue也满，判断线程数是否达·到maximumPoolSize，即最大线程数是否已满，如果没到达，创建一个非核心线程执行提交的任务。
·如果当前的线程数达到了maximumPoolSize，还有新的任务过来的话，直接采用拒绝策略处理。

#四种拒绝策略
·AbortPolicy(抛出一个异常，默认的)
·DiscardPolicy(直接丢弃任务)
·DiscardOldestPolicy（丢弃队列里最老的任务，将当前这个任务继续提交给线程池）
·CallerRunsPolicy（交给线程池调用所在的线程进行处理)

#为了形象描述线程池执行，我打个比喻：

·核心线程比作公司正式员工
·非核心线程比作外包员工
·阻塞队列比作需求池
·提交任务比作提需求

·当产品提个需求，正式员工（核心线程）先接需求（执行任务）
·如果正式员工都有需求在做，(即核心线程数已满），产品就把需求先放需求池（阻塞队列）。
·如果需求池(阻塞队列)也满了，但是这时候产品继续提需求,怎么办呢？那就请外包（非核心线程）来做。
·如果所有员工（最大线程数也满了）都有需求在做了，那就执行拒绝策略。
·如果外包员工把需求做完了，它经过一段（keepAliveTime）空闲时间，就离开公司了。

##问题1 Java的线程池说一下，各个参数的作用，如何进行的?

答案：线程池构造函数的corePoolSize,maximumPoolSize等参数，并且能描述清楚线程池的执行流程

#线程池异常处理

在使用线程池处理任务的时候，任务代码可能抛出RuntimeException，抛出异常后，线程池可能捕获它，也可能创建一个新的线程来代替异常的线程，我们可能无法感知任务出现了异常，因此我们需要考虑线程池异常情况。

#线程池exec.submit(runnable)的执行流程

通过debug上面有异常的submit方法（建议大家也去debug看一下,图上的每个方法内部是我打断点的地方），处理有异常submit方法的主要执行流程图：

#线程池的工作队列
##线程池都有哪几种工作队列？

·ArrayBlockingQueue:（有界队列）是一个用数组实现的有界阻塞队列，按FIFO排序量。

·LinkedBlockingQueue:（可设置容量队列）基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序任务，容量可以选择进行设置，不设置的话，将是一个无边界的阻塞队列，最大长度为Integer.MAX_VALUE，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；newFixedThreadPool线程池使用了这个队列

·DelayQueue:是一个任务定时周期的延迟执行的队列。根据指定的执行时间从小到大排序，否则根据插入到队列的先后排序。newScheduledThreadPool线程池使用了这个队列。

·PriorityBlockingQueue:（优先级队列）是具有优先级的无界阻塞队列；

·SynchronousQueue:（同步队列）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LinkedBlockingQuene，

·newCachedThreadPool线程池使用了这个队列。

#几种常用的线程池

##newFixedThreadPool (固定数目线程的线程池)
##newCachedThreadPool(可缓存线程的线程池)
##newSingleThreadExecutor(单线程的线程池)
##newScheduledThreadPool(定时及周期执行的线程池)

##newFixedThreadPool
FixedThreadPool 适用于处理CPU密集型的任务，确保CPU在长期被工作线程使用的情况下，尽可能的少的分配线程，即适用执行长期的任务。

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

###线程池特点：
核心线程数和最大线程数大小一样
没有所谓的非空闲时间，即keepAliveTime为0
阻塞队列为无界队列LinkedBlockingQueue

####工作机制：

####提交任务
如果线程数少于核心线程，创建核心线程执行任务
如果线程数等于核心线程，把任务添加到LinkedBlockingQueue阻塞队列
如果线程执行完任务，去阻塞队列取任务，继续执行。

####实例代码

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
                for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
                    executor.execute(()->{
                        try {
                            Thread.sleep(10000);
                        } catch (InterruptedException e) {
                            //do nothing
                        }
        });

####使用场景
FixedThreadPool 适用于处理CPU密集型的任务，确保CPU在长期被工作线程使用的情况下，尽可能的少的分配线程，即适用执行长期的任务。

###newCachedThreadPool

public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue(),
threadFactory);
}
####线程池特点：
核心线程数为0
最大线程数为Integer.MAX_VALUE
阻塞队列是SynchronousQueue
非核心线程空闲存活时间为60秒

当提交任务的速度大于处理任务的速度时，每次提交一个任务，就必然会创建一个线程。极端情况下会创建过多的线程，耗尽 CPU 和内存资源。由于空闲 60 秒的线程会被终止，长时间保持空闲的 CachedThreadPool 不会占用任何资源。
工作机制

####提交任务
因为没有核心线程，所以任务直接加到SynchronousQueue队列。
判断是否有空闲线程，如果有，就去取出任务执行。
如果没有空闲线程，就新建一个线程执行。
执行完任务的线程，还可以存活60秒，如果在这期间，接到任务，可以继续活下去；否则，被销毁。

####实例代码
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
executor.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
});
}

####使用场景
用于并发执行大量短期的小任务。

###newSingleThreadExecutor

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue(),
threadFactory));
}
####线程池特点

核心线程数为1
最大线程数也为1
阻塞队列是LinkedBlockingQueue
keepAliveTime为0

####工作机制

####提交任务
线程池是否有一条线程在，如果没有，新建线程执行任务
如果有，讲任务加到阻塞队列
当前的唯一线程，从队列取任务，执行完一个，再继续取，一个人（一条线程）夜以继日地干活。

####实例代码
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
executor.execute(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
});
}

####使用场景
适用于串行执行任务的场景，一个任务一个任务地执行。

###newScheduledThreadPool

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

####线程池特点
最大线程数为Integer.MAX_VALUE
阻塞队列是DelayedWorkQueue
keepAliveTime为0
scheduleAtFixedRate() ：按某种速率周期执行
scheduleWithFixedDelay()：在某个延迟后执行

####工作机制
添加一个任务
线程池中的线程从 DelayQueue 中取任务
线程从 DelayQueue 中获取 time 大于等于当前时间的task
执行完后修改这个 task 的 time 为下次被执行的时间
这个 task 放回DelayQueue队列中

####实例代码
/**
创建一个给定初始延迟的间隔性的任务，之后的下次执行时间是上一次任务从执行到结束所需要的时间+* 给定的间隔时间
*/
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
scheduledExecutorService.scheduleWithFixedDelay(()->{
System.out.println("current Time" + System.currentTimeMillis());
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

####运行结果：

/**
创建一个给定初始延迟的间隔性的任务，之后的每次任务执行时间为 初始延迟 + N * delay(间隔) 
*/
ScheduledExecutorService scheduledExecutorService = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(()->{
        System.out.println("current Time" + System.currentTimeMillis());
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
    }, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);;

####使用场景
周期性执行任务的场景，需要限制线程数量的场景

##线程池状态
线程池有这几个状态：RUNNING,SHUTDOWN,STOP,TIDYING,TERMINATED。
//线程池状态
private static final int RUNNING = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN = 0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP = 1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING = 2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED = 3 << COUNT_BITS;
复制代码线程池各个状态切换图：

###RUNNING

该状态的线程池会接收新任务，并处理阻塞队列中的任务;
调用线程池的shutdown()方法，可以切换到SHUTDOWN状态;
调用线程池的shutdownNow()方法，可以切换到STOP状态;

###SHUTDOWN

该状态的线程池不会接收新任务，但会处理阻塞队列中的任务；
队列为空，并且线程池中执行的任务也为空,进入TIDYING状态;

###STOP

该状态的线程不会接收新任务，也不会处理阻塞队列中的任务，而且会中断正在运行的任务；
线程池中执行的任务为空,进入TIDYING状态;

###TIDYING

该状态表明所有的任务已经运行终止，记录的任务数量为0。
terminated()执行完毕，进入TERMINATED状态

###TERMINATED

该状态表示线程池彻底终止

作者：Jay_huaxiao
链接：https://juejin.im/post/5d1882b1f265da1ba84aa676

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