ThreadPoolExecutors工作原理（一）

yuanzhanghu 發布于2019-08-15 13:31 / 1423人閱讀

摘要：當線程池執行一個任務集合時，它也會持有一些基本的統計數據，例如完成任務的數量。當命令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時，此策略允許無界線程具有增長的可能性。回收當線程池在程序中不在被引用并且不再持有線程，將會自動關閉。

概要

線程池主要解決兩個問題：當執行多個異步任務時，可以實驗線程池來提高性能，因為使用線程池可以減少了每個任務的調用開銷，并且提供了限制和管理資源的方式，例如線程資源。當線程池執行一個任務集合時，它也會持有一些基本的統計數據，例如完成任務的數量。為了能夠在廣泛的環境中可用，這個類提供了很多可調整的參數和一些可擴展的鉤子。然而程序員都更加喜歡使用一些工廠方法：Executors#newCachedThreadPool（無界線程池并且線程可自動回收）、Executors#newFixedThreadPool（固定大小的線程池）、Executors#newSingleThreadExecutor（單個后臺線程），這些工廠已經預配置的最常用的場景，你也可以手動的按照如下的指南配置和調整這個類：

核心（corePoolSize）和最大線程池數（maximumPoolSize）：

ThreadPoolExecutor可以根據核心線程數和最大線程數自動調整池的大小。

當調用方法execute(Runable)提交一個新的任務時：

如果正在運行的線程數小于corePoolSize：

創建一個新的線程處理請求，即使其他的工作線程處于空閑狀態。

如果正在運行的線程數大于corePoolSize但是小于maximumPoolSize：

只有隊列滿時才會重新創建一個新的線程。

通過設置corePoolSize=maximumPoolSize，你可以創建一個大小固定的線程池。

通過設置maximumPoolSize為一個無窮大數值（例如Integer.MAX_VALUE）,那么說明你配置的線程池可以容納任意數量的并發任務。

一般情況下，corePoolSize和maximumPoolSize都會在創建的時候指定的，但是你們也可以通過調用setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()來動態的調整這兩個值。

按需創建：

默認情況下，核心線程只有當任務到達時才會進行創建和開啟，但是可以重寫方法`prestartCoreThread`或者`prestartAllCoreThreads`改變這個行為。如果你構建的線程池帶有一個非空的隊列，你可能需要提前開啟一些線程。

創建新的線程：

新的線程是通過使用ThreadFactory來創建的，如果沒有指定的話，就會使用默認的Executors#defaultThreadFactory，這個默認的工廠創建出的線程都具有相同的ThreadGroup和相同的優先級并且都不是后臺線程。通過實現一個不同的線程工廠，你可以修改線程的名字、線程組、優先級、后臺狀態等等。如果ThreadFactory在從newThread中返回null時未能創建線程，則執行程序將繼續，但可能無法執行任何任務。線程應該具有修改線程的權限。如果工作線程或者其他線程使用線程池是不具有這個權限，服務可以會被降級：配置改變可能無法及時生效，and a shutdown pool may remain in a* state in which termination is possible but not completed。

Keep-alive時間：

如果線程池有超過corePoolSize數的線程數，如果這些過量的線程空閑時間超過`keepAliveTime`將會被終止。當線程池沒有被使用充分時，這種機制可以降低資源的消耗。當線程池之后又變得活躍起來，新的線程又會被創建。這個參數可以被動態的改變，使用`setKeepAliveTime(long,TimeUnit)`。通過使用`Integer.MAX_VALUE`可以有效的禁用此功能。默認情況下，只有當前的線程數大于corePoolSize，這個策略才會生效。但是方法`allowCoreThreadTimeOut(boolean)`也能夠將核心線程使用這種策略，只要`keepAliveTime`非0即可。

隊列：

任何`BlockingQueue`都可以用來傳輸和保存提交的任務，此隊列的使用和線程池大小有如下的交互：

如果運行的線程數量小于corePoolSize：

Executor會創建一個新的線程而不是添加到隊列中。

如果允許的線程數量大于corePoolSize：

Executor會將任務添加到隊列中而不是創建一個新的線程。

如果一個請求不能添加到隊列中（隊列已滿），如果允許的線程小于maximumPoolSize，將會創建一個新的線程，否則，該任務將會被拒絕。

隊列有三種常見的策略：

直接提交：它將任務直接提交給線程而不保存它們。在此，如果不存在可用于立即運行任務的線程，則試圖把任務加入隊列將失敗，因此會構造一個新的線程。此策略可以避免在處理可能具有內部依賴性的請求集時出現鎖。直接提交通常要求無界 maximumPoolSizes 以避免拒絕新提交的任務。當命令以超過隊列所能處理的平均數連續到達時，此策略允許無界線程具有增長的可能性。 SynchronousQueue線程安全的Queue，可以存放若干任務（但當前只允許有且只有一個任務在等待），其中每個插入操作必須等待另一個線程的對應移除操作，也就是說A任務進入隊列，B任務必須等A任務被移除之后才能進入隊列，否則執行異常策略。你來一個我扔一個，所以說SynchronousQueue沒有任何內部容量。關于SynchronousQueue：http://blog.csdn.net/yanyan19...

無界隊列：使用一個沒有提前預設容量的無界的隊列，例如：LinkedBlockingQueue，當所有的核心線程處于繁忙時，所有新的任務都會被添加到隊列中。因此如果運行線程數不超過corePoolSize，將會創建一個新的線程（maximumPoolSize這個值將不會再起作用），當每個任務完全獨立于其他任務時，這可能是合適的，因此任務不能影響彼此的執行。在一個網頁服務器。雖然這種排隊方式可以有效地消除瞬時突發請求，但是當命令以比它們可以被處理的速度更快地平均到達時，可能會導致無限制的工作隊列增長。

有界隊列：有限的隊列（例如，ArrayBlockingQueue）有助于防止與有限的maximumPoolSizes一起使用時的資源耗盡，但可能更難以調整和控制。隊列大小和最大池大小可以相互交換：使用大隊列和小池可以最大限度地減少CPU使用率，操作系統資源和上下文切換開銷，但可能導致人為的低吞吐量。如果任務經常阻塞（例如，如果它們是I / O型操作），則系統可能能夠安排時間來獲得比您允許的更多的線程。使用小隊列通常需要更大的池大小，這會使CPU更繁忙，但可能會遇到不可接受的調度開銷，這也會降低吞吐量。

拒絕任務：

當Executor已經被關閉時，再調用`execute(Runable)`方法添加一個任務時將會被拒絕，當Executor使用有界隊列時，隊列和最大線程數都已經飽和，將會調RejectedExecutionHandler#rejectedExecution(Runnable, ThreadPoolExecutor)方法。提供4種預定義的處理器：

ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：該處理器拋出一個運行時異常RejectedExecutionException。

ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：使用調用者自己的線程運行任務。提供了一個簡單的反饋控制機制，可以減慢提交新任務的速度。

ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丟棄任務。

ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：如果executor還沒有被關閉，隊列頭部的任務將會被丟棄，并且重新執行（可能再一次失敗，但是會重復執行）

你可以定義并使用其他的實現自RejectedExecutionHandler的類。要做到這一點需要特別注意，特別是在策略僅在特定能力或排隊政策下工作的情況下。

鉤子方法：

這個類提供一寫被protected修飾的方法：

beforeExecute(Thread, Runnable),afterExecute(Runnable, Throwable)

這些方法會在每個任務執行之前和執行之后被調用，這些可以用來操作執行環境；例如：重新初始化ThreadLocals，收集統計數據，或者添加log。另外，terminated也可以被重寫當執行程序完全終止后需要執行的特殊處理。

如果鉤子或者callback方法拋出異常，內部工作線程可能會失敗并突然終止。

維護隊列：

方法`getQueue()`運行訪問工作隊列以此來進行監控和調試。強烈建議不要將這種方法用于任何其他目的。當大量的排隊的任務被取消時，兩個提供的方法`remove()`和`purge()`可用來幫助存儲回收。

回收：

當線程池在程序中不在被引用并且不再持有線程，將會自動關閉。如果你希望確保即使用戶忘記調用`shutdown()`也可以回收未引用的線程池，那么必須設置適當的保持活動的時間，使用0核心線程的下限來安排未使用的線程最終死亡或設置`allowCoreThreadTimeOut(boolean)`

問題？

隊列中的三種策略中，直接提交的工作原理是怎么樣的？

如何擴展ThreadPoolExecutors？

線程池的工作原理是怎么樣的？如何提交一個任務？如何處理一個任務？

創建一個線程的流程？

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