Java并发编程 — 线程池

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三、线程池

1. 什么是线程池？

• 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。在开发过程中，合理地使用线程池能够带来许多好处。

• 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。

• 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。

• 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

2. 线程池作用？

• 线程池是为突然大量爆发的线程设计的，通过有限的几个固定线程为大量的操作服务，减少了创建和销毁线程所需的时间，从而提高效率。
• 如果一个线程所需要执行的时间非常长的话，就没必要用线程池了(不是不能作长时间操作，而是不宜。本来降低线程创建和销毁，结果你那么久我还不好控制还不如直接创建线程)，况且我们还不能控制线程池中线程的开始、挂起、和中止。

3. 线程池有什么优点？

• 降低资源消耗：重用存在的线程，减少对象创建销毁的开销。
• 提高响应速度。可有效的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。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。
• 提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，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的分配，调优和监控。
• 附加功能：提供定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。

4. 什么是ThreadPoolExecutor？

• ThreadPoolExecutor就是线程池ThreadPoolExecutor其实也是JAVA的一个类，我们一般通过Executors工厂类的方法，通过传入不同的参数，就可以构造出适用于不同应用场景下的ThreadPoolExecutor（线程池）

构造参数图

![ ][nbsp 5]

构造参数参数介绍：

corePoolSize 核心线程数量>maximumPoolSize 最大线程数量>keepAliveTime 线程保持时间，N个时间单位>unit 时间单位（比如秒，分）>workQueue 阻塞队列>threadFactory 线程工厂>handler 线程池拒绝策略

5. 什么是Executors？

• **Executors框架实现的就是线程池的功能。**Executors工厂类中提供的newCachedThreadPool、newFixedThreadPool 、newScheduledThreadPool 、newSingleThreadExecutor 等方法其实也只是ThreadPoolExecutor的构造函数参数不同而已。通过传入不同的参数，就可以构造出适用于不同应用场景下的线程池，

Executor工厂类如何创建线程池图：

![ ][nbsp 6]

6. 线程池四种创建方式？

Java通过Executors（jdk1.5并发包）提供四种线程池，分别为：

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；

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；

3、 newScheduledThreadPool创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行；

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；

7. 在 Java 中 Executor 和 Executors 的区别？

• Executors 工具类的不同方法按照我们的需求创建了不同的线程池，来满足业务的需求。
• Executor 接口对象能执行我们的线程任务。
• ExecutorService 接口继承了 Executor 接口并进行了扩展，提供了更多的方法我们能获得任务执行的状态并且可以获取任务的返回值。
• 使用 ThreadPoolExecutor 可以创建自定义线程池。

8. 四种构建线程池的区别及特点？

1. newCachedThreadPool

• 特点：newCachedThreadPool创建一个可缓存线程池，如果当前线程池的长度超过了处理的需要时，它可以灵活的回收空闲的线程，当需要增加时， 它可以灵活的添加新的线程，而不会对池的长度作任何限制
• 缺点：他虽然可以无线的新建线程，但是容易造成堆外内存溢出，因为它的最大值是在初始化的时候设置为 Integer.MAX_VALUE，一般来说机器都没那么大内存给它不断使用。当然知道可能出问题的点，就可以去重写一个方法限制一下这个最大值
• 总结：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。
• 代码示例：

package com.demo;
	import java.util.concurrent.ExecutorService;
	import java.util.concurrent.Executors;
	public class TestNewCachedThreadPool {

		public static void main(String[] args) {

			// 创建无限大小线程池，由jvm自动回收
			ExecutorService newCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
			for (int i = 0; i < 10; i++) {

				final int temp = i;
				newCachedThreadPool.execute(new Runnable() {

					public void run() {

						try {

							Thread.sleep(100);
						} catch (Exception e) {

  }
					System.out.println(Thread.currentThread().getName() +",i==" + temp);
					}
				});
			}
		}
	}

2.newFixedThreadPool

• 特点：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。定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。
• 缺点：线程数量是固定的，但是阻塞队列是无界队列。如果有很多请求积压，阻塞队列越来越长，容易导致OOM（超出内存空间）
• 总结：请求的挤压一定要和分配的线程池大小匹配，定线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()

Runtime.getRuntime().availableProcessors()方法是查看电脑CPU核心数量）

• 代码示例：

package com.demo;
	import java.util.concurrent.ExecutorService;
	import java.util.concurrent.Executors;
	public class TestNewFixedThreadPool {

		public static void main(String[] args) {

			ExecutorService newFixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
			for (int i = 0; i < 10; i++) {

				final int temp = i;
				newFixedThreadPool.execute(new Runnable() {

					public void run() {

						System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",i==" + temp);
					}
				});
			}
		}
	}

3.newScheduledThreadPool

• 特点：创建一个固定长度的线程池，而且支持定时的以及周期性的任务执行，类似于Timer（Timer是Java的一个定时器类）
• 缺点：由于所有任务都是由同一个线程来调度，因此所有任务都是串行执行的，同一时间只能有一个任务在执行，前一个任务的延迟或异常都将会影响到之后的任务（比如：一个任务出错，以后的任务都无法继续）。
• 代码示例：

package com.demo;
	import java.util.concurrent.Executors;
	import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
	import java.util.concurrent.TimeUnit;
	public class TestNewScheduledThreadPool {

		public static void main(String[] args) {

			//定义线程池大小为3
			ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
			for (int i = 0; i < 10; i++) {

				final int temp = i;
				newScheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {

					public void run() {

						System.out.println("i:" + temp);
					}
				}, 3, TimeUnit.SECONDS);//这里表示延迟3秒执行。
			}
		}
	}

4.newSingleThreadExecutor

• 特点：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，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，他必须保证前一项任务执行完毕才能执行后一项。保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
• 缺点：缺点的话，很明显，他是单线程的，高并发业务下有点无力
• 总结：保证所有任务按照指定顺序执行的，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
• 代码示例：

package com.demo;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
	public class TestNewSingleThreadExecutor {

		public static void main(String[] args) {

			ExecutorService newSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
			for (int i = 0; i < 10; i++) {

				final int index = i;
				newSingleThreadExecutor.execute(new Runnable() {

					public void run() {

						System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "index:" + index);
						try {

							Thread.sleep(200);
						} catch (Exception e) {

  }
					}
				});
			}
		}
	}

9. 线程池都有哪些状态？

• RUNNING：这是最正常的状态，接受新的任务，处理等待队列中的任务。
• SHUTDOWN：不接受新的任务提交，但是会继续处理等待队列中的任务。
• STOP：不接受新的任务提交，不再处理等待队列中的任务，中断正在执行任务的线程。
• TIDYING：所有的任务都销毁了，workCount 为 0，线程池的状态在转换为 TIDYING 状态时，会执行钩子方法 terminated()。
• TERMINATED：terminated()方法结束后，线程池的状态就会变成这个。

10. 线程池中 submit() 和 execute() 方法有什么区别？

• 相同点：相同点就是都可以开启线程执行池中的任务。

• 不同点：

• 接收参数：execute()只能执行 Runnable 类型的任务。submit()可以执行 Runnable 和Callable 类型的任务。

• 返回值：submit()方法可以返回持有计算结果的 Future 对象，而execute()没有

• 异常处理：submit()方便Exception处理

11. 什么是线程组，为什么在 Java 中不推荐使用？

• ThreadGroup 类，可以把线程归属到某一个线程组中，线程组中可以有线程对象，也可以有线程组，组中还可以有线程，这样的组织结构有点类似于树的形式。
• 线程组和线程池是两个不同的概念，他们的作用完全不同，前者是为了方便线程的管理，后者是为了管理线程的生命周期，复用线程，减少创建销毁线程的开销。
• 为什么不推荐使用线程组？因为使用有很多的安全隐患吧，没有具体追究，如果需要使用，推荐使用线程池。

12. ThreadPoolExecutor饱和策略有哪些？

如果当前同时运行的线程数量达到最大线程数量并且队列也已经被放满了任时ThreadPoolTaskExecutor 定义一些策略:

• ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：抛出 RejectedExecutionException来拒绝新任务的处理。
• ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：调用执行自己的线程运行任务。您不会任务请求。但是这种策略会降低对于新任务提交速度，影响程序的整体性能。另外，这个策略喜欢增加队列容量。如果您的应用程序可以承受此延迟并且你不能任务丢弃任何一个任务请求的话，你可以选择这个策略。
• ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：不处理新任务，直接丢弃掉。
• ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy： 此策略将丢弃最早的未处理的任务请求。

13. 如何自定义线程线程池?

• 先看ThreadPoolExecutor（线程池）这个类的构造参数

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• 构造参数参数介绍：

corePoolSize 核心线程数量>maximumPoolSize 最大线程数量>keepAliveTime 线程保持时间，N个时间单位>unit 时间单位（比如秒，分）>workQueue 阻塞队列>threadFactory 线程工厂>handler 线程池拒绝策略

• 代码示例：

package com.demo;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
	public class Test001 {

		public static void main(String[] args) {

			//创建线程池
			ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(1, 2, 60L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(3));
			for (int i = 1; i <= 6; i++) {

				TaskThred t1 = new TaskThred("任务" + i);
				//executor.execute(t1);是执行线程方法
				executor.execute(t1);
			}
			//executor.shutdown()不再接受新的任务，并且等待之前提交的任务都执行完再关闭，阻塞队列中的任务不会再执行。
			executor.shutdown();
		}
	}
	class TaskThred implements Runnable {

		private String taskName;
		public TaskThred(String taskName) {

			this.taskName = taskName;
		}
		public void run() {

			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + taskName);
		}
	}

14. 线程池的执行原理？

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• 提交一个任务到线程池中，线程池的处理流程如下：

1、 判断线程池里的核心线程是否都在执行任务，如果不是（核心线程空闲或者还有核心线程没；有被创建）则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程都在执行任务，则进入下个流程。

2、 线程池判断工作队列是否已满，如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队；列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。

3、 判断线程池里的线程是否都处于工作状态，如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任；务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

15. 如何合理分配线程池大小?

• 要合理的分配线程池的大小要根据实际情况来定，简单的来说的话就是根据CPU密集和IO密集来分配什么是CPU密集
• CPU密集的意思是该任务需要大量的运算，而没有阻塞，CPU一直全速运行。
• CPU密集任务只有在真正的多核CPU上才可能得到加速(通过多线程)，而在单核CPU上，无论你开几个模拟的多线程，该任务都不可能得到加速，因为CPU总的运算能力就那样。

什么是IO密集

• IO密集型，即该任务需要大量的IO，即大量的阻塞。在单线程上运行IO密集型的任务会导致浪费大量的CPU运算能力浪费在等待。所以在IO密集型任务中使用多线程可以大大的加速程序运行，即时在单核CPU上，这种加速主要就是利用了被浪费掉的阻塞时间。

分配CPU和IO密集：

1、 CPU密集型时，任务可以少配置线程数，大概和机器的cpu核数相当，这样可以使得每个线程都在；执行任务

2、 IO密集型时，大部分线程都阻塞，故需要多配置线程数，2*cpu核数；

精确来说的话的话：

• 从以下几个角度分析任务的特性：

• 任务的性质：CPU密集型任务、IO密集型任务、混合型任务。

• 任务的优先级：高、中、低。

• 任务的执行时间：长、中、短。

• 任务的依赖性：是否依赖其他系统资源，如数据库连接等。

可以得出一个结论：

• 线程等待时间比CPU执行时间比例越高，需要越多线程。
• 线程CPU执行时间比等待时间比例越高，需要越少线程。

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