Java多線程：徹底搞懂線程池

熟悉Java多線程程式設計的同學都知道，當我們線程建立過多時，容易引發記憶體溢出，是以我們就有必要使用線程池的技術了。 最近看了一些相關文章，并親自研究了一下源碼，發現有些文章還是有些問題的，是以我也總結了一下，在此奉獻給大家。

目錄

1 線程池的優勢

總體來說，線程池有如下的優勢：

（1）降低資源消耗。通過重複利用已建立的線程降低線程建立和銷毀造成的消耗。

（2）提高響應速度。當任務到達時，任務可以不需要等到線程建立就能立即執行。

（3）提高線程的可管理性。線程是稀缺資源，如果無限制的建立，不僅會消耗系統資源，還會降低系統的穩定性，使用線程池可以進行統一的配置設定，調優和監控。

2 線程池的使用

線程池的真正實作類是ThreadPoolExecutor，其構造方法有如下4種：

可以看到，其需要如下幾個參數：

corePoolSize（必需）：核心線程數。預設情況下，核心線程會一直存活，但是當将allowCoreThreadTimeout設定為true時，核心線程也會逾時回收。

maximumPoolSize（必需）：線程池所能容納的最大線程數。當活躍線程數達到該數值後，後續的新任務将會阻塞。

keepAliveTime（必需）：線程閑置逾時時長。如果超過該時長，非核心線程就會被回收。如果将allowCoreThreadTimeout設定為true時，核心線程也會逾時回收。

unit（必需）：指定keepAliveTime參數的時間機關。常用的有：TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MINUTES（分）。

workQueue（必需）：任務隊列。通過線程池的execute()方法送出的Runnable對象将存儲在該參數中。其采用阻塞隊列實作。

threadFactory（可選）：線程工廠。用于指定為線程池建立新線程的方式。

handler（可選）：拒絕政策。當達到最大線程數時需要執行的飽和政策。

線程池的使用流程如下：

3 線程池的工作原理

下面來描述一下線程池工作的原理，同時對上面的參數有一個更深的了解。其工作原理流程圖如下：

工作原理

通過上圖，相信大家已經對所有參數有個了解了。其實還有一點，線上程池中并沒有區分線程是否是核心線程的。下面我們再對任務隊列、線程工廠和拒絕政策做更多的說明。

4 線程池的參數

任務隊列是基于阻塞隊列實作的，即采用生産者消費者模式，在Java中需要實作BlockingQueue接口。但Java已經為我們提供了7種阻塞隊列的實作：

ArrayBlockingQueue：一個由數組結構組成的有界阻塞隊列（數組結構可配合指針實作一個環形隊列）。

LinkedBlockingQueue： 一個由連結清單結構組成的有界阻塞隊列，在未指明容量時，容量預設為Integer.MAX_VALUE。

PriorityBlockingQueue： 一個支援優先級排序的無界阻塞隊列，對元素沒有要求，可以實作Comparable接口也可以提供Comparator來對隊列中的元素進行比較。跟時間沒有任何關系，僅僅是按照優先級取任務。

DelayQueue：類似于PriorityBlockingQueue，是二叉堆實作的無界優先級阻塞隊列。要求元素都實作Delayed接口，通過執行時延從隊列中提取任務，時間沒到任務取不出來。

SynchronousQueue： 一個不存儲元素的阻塞隊列，消費者線程調用take()方法的時候就會發生阻塞，直到有一個生産者線程生産了一個元素，消費者線程就可以拿到這個元素并傳回；生産者線程調用put()方法的時候也會發生阻塞，直到有一個消費者線程消費了一個元素，生産者才會傳回。

LinkedBlockingDeque： 使用雙向隊列實作的有界雙端阻塞隊列。雙端意味着可以像普通隊列一樣FIFO（先進先出），也可以像棧一樣FILO（先進後出）。

LinkedTransferQueue： 它是ConcurrentLinkedQueue、LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue的結合體，但是把它用在ThreadPoolExecutor中，和LinkedBlockingQueue行為一緻，但是是無界的阻塞隊列。

注意有界隊列和無界隊列的差別：如果使用有界隊列，當隊列飽和時并超過最大線程數時就會執行拒絕政策；而如果使用無界隊列，因為任務隊列永遠都可以添加任務，是以設定maximumPoolSize沒有任何意義。

線程工廠指定建立線程的方式，需要實作ThreadFactory接口，并實作newThread(Runnable r)方法。該參數可以不用指定，Executors架構已經為我們實作了一個預設的線程工廠：

當線程池的線程數達到最大線程數時，需要執行拒絕政策。拒絕政策需要實作RejectedExecutionHandler接口，并實作rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor)方法。不過Executors架構已經為我們實作了4種拒絕政策：

AbortPolicy（預設）：丢棄任務并抛出RejectedExecutionException異常。

CallerRunsPolicy：由調用線程處理該任務。

DiscardPolicy：丢棄任務，但是不抛出異常。可以配合這種模式進行自定義的處理方式。

DiscardOldestPolicy：丢棄隊列最早的未處理任務，然後重新嘗試執行任務。

5 功能線程池

嫌上面使用線程池的方法太麻煩？其實Executors已經為我們封裝好了4種常見的功能線程池，如下：

定長線程池（FixedThreadPool）

定時線程池（ScheduledThreadPool ）

可緩存線程池（CachedThreadPool）

單線程化線程池（SingleThreadExecutor）

建立方法的源碼：

特點：隻有核心線程，線程數量固定，執行完立即回收，任務隊列為連結清單結構的有界隊列。

應用場景：控制線程最大并發數。

使用示例：

特點：核心線程數量固定，非核心線程數量無限，執行完閑置10ms後回收，任務隊列為延時阻塞隊列。

應用場景：執行定時或周期性的任務。

特點：無核心線程，非核心線程數量無限，執行完閑置60s後回收，任務隊列為不存儲元素的阻塞隊列。

應用場景：執行大量、耗時少的任務。

特點：隻有1個核心線程，無非核心線程，執行完立即回收，任務隊列為連結清單結構的有界隊列。

應用場景：不适合并發但可能引起IO阻塞性及影響UI線程響應的操作，如資料庫操作、檔案操作等。

對比 - 引自Carson_Ho

6 總結

Executors的4個功能線程池雖然友善，但現在已經不建議使用了，而是建議直接通過使用ThreadPoolExecutor的方式，這樣的處理方式讓寫的同學更加明确線程池的運作規則，規避資源耗盡的風險。

其實Executors的4個功能線程有如下弊端：

FixedThreadPool和SingleThreadExecutor：主要問題是堆積的請求處理隊列均采用LinkedBlockingQueue，可能會耗費非常大的記憶體，甚至OOM。

CachedThreadPool和ScheduledThreadPool：主要問題是線程數最大數是Integer.MAX_VALUE，可能會建立數量非常多的線程，甚至OOM。

參考

Android多線程：線程池ThreadPool 全面解析

還在用Executors建立線程池？小心記憶體溢出

《阿裡巴巴java開發手冊》

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