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Java線程池工作原理 一、線程池的好處 二、線程池工作流程三、線程池參數四、阻塞隊列五、四種飽和政策六、向線程池送出任務七、關閉線程池八、線程池狀态九、調整線程池大小十、監控線程池

 Java中的線程池是運用場景最多的并發架構，幾乎所有需要異步或并發執行任務的程式都可以使用線程池，是以我們就要認識并弄懂線程池，以便于更好的為我們業務場景服務。

 一、線程池的好處 

在開發過程中，合理地使用線程池大緻有3個好處

第一：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。

第二：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。

第三：提高線程的可管理性。線程是稀缺資源，如果無限制地建立，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配置設定、調優和監控。但是，要做到合理利用

線程池，必須對其實作原理了如指掌

二、線程池工作流程

1）當送出一個新任務到線程池時，線程池判斷corePoolSize線程池是否都在執行任務，如果有空閑線程，則從核心線程池中取一個線程來執行任務，直到目前線程數等于corePoolSize；

2）如果目前線程數為corePoolSize，繼續送出的任務被儲存到阻塞隊列中，等待被執行；

3）如果阻塞隊列滿了，那就建立新的線程執行目前任務，直到線程池中的線程數達到maxPoolSize，這時再有任務來，由飽和政策來處理送出的任務

三、線程池參數

下面是ThreadPoolExecutor類的構造方法傳參數 

pblic ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, #核心線程數

                              int maximumPoolSize,   #最大線程數

                              long keepAliveTime, #達到最大線程數數時候，線程池的工作線程空閑後，保持存活的時間

                              TimeUnit unit,     #keepAliveTime機關

                              BlockingQueue<Runnable> workQueue #阻塞隊列

                              RejectedExecutionHandler handler  #飽和政策

) {

        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,

             Executors.defaultThreadFactory(), handler);

    }

new ThreadPoolExecutor(6 ,12, 5L, TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>(10),new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

比如corePoolSize為6， maximumPoolSize為,12  keepAliveTime為5秒，隊列長度為10；送出任務數達到核心線程數6時候，新來的任務就會被放入LinkedBlockingQueue阻塞隊列，當隊列任務數達到10個時候，就會建立新線程執行任務，直到達到maximumPoolSize數量12；如果還有新來的任務，由政策來處理送出的任務；如果沒有，線程池空閑時候，超過5秒，建立的maximumPoolSize，就會被銷毀。

四、阻塞隊列

阻塞隊列BlockingQueue接口，從jdk1.5開始，有四個實作類，jdk8亦是如此

ArrayBlockingQueue：是一個基于數組結構的有界阻塞隊列，此隊列按FIFO（先進先出）原則對元素進行排序。

LinkedBlockingQueue：一個基于連結清單結構的阻塞隊列，此隊列按FIFO排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue，靜态工廠方法Executors.newFixedThreadPool()使用了這個隊列。

SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。每個插入操作必須等到另一個線程調用移除操作，否則插入操作一直處于阻塞狀态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，靜态工廠方法Executors.newCachedThreadPool使用了這個列。

PriorityBlockingQueue：一個具有優先級的無限阻塞隊列。

五、四種飽和政策

RejectedExecutionHandler（飽和政策）：當隊列和線程池都滿了，說明線程池處于飽和狀态，那麼必須采取一種政策處理送出的新任務。這個政策預設情況下是AbortPolicy，表示無法處理新任務時抛出異常，檢視源碼，從jdk5開始RejectedExecutionHandler接口有四個實作類，jdk8亦是如此。

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AbortPolicy：不處理，直接抛出異常。

CallerRunsPolicy：若線程池還沒關閉，調用目前所線上程來運作任務，r.run()執行。

DiscardOldestPolicy：LRU政策，丢棄隊列裡最近最久不使用的一個任務，并執行目前任務。

DiscardPolicy：不處理，丢棄掉，不抛出異常。

六、向線程池送出任務

可以使用兩個方法向線程池送出任務，分别為execute()和submit()方法

1、execute()方法用于送出不需要傳回值的任務，是以無法判斷任務是否被線程池執行成功

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2、submit()方法用于送出需要傳回值的任務。

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線程池會傳回一個future類型的對象，通過這個future對象可以判斷任務是否執行成功，并且可以通過future的get()方法來擷取傳回值，get()方法會阻塞目前線程直到任務完成，而使用get(long timeout，TimeUnit unit)，在指定的時間内會等待任務執行，逾時則抛出逾時異常，等待時候會阻塞目前線程

七、關閉線程池

ThreadPoolExecutor提供了兩個方法，用于線程池的關閉，分别是shutdown()和shutdownNow()，它們的原理是周遊線

程池中的工作線程，然後逐個調用線程的interrupt方法來中斷線程

shutdown()：不會立即終止線程池，而是要等所有任務緩存隊列中的任務都執行完後才終止，但再也不會接受新的任務

shutdownNow()：立即終止線程池，并嘗試打斷正在執行的任務，并且清空任務緩存隊列，傳回尚未執行的任務

隻要調用了這兩個關閉方法中的任意一個，isShutdown方法就會傳回true。當所有的任務

都已關閉後，才表示線程池關閉成功，這時調用isTerminaed方法會傳回true

是以，判斷線程池所有線程是否執行完成，可以這樣寫

while(true){//死循環
	if(threadPool.isTerminated()) {
			//執行自己的操作
			break;//true停止
	}
	Thread.sleep(500);//休眠500繼續循環
}

shutdown，隻是将線程池的狀态設定成SHUTDOWN狀态，然後中斷所有沒有正在執行任務的線

程，等待執行任務的線程完成。

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shutdownNow首先将線程池的狀态設定成STOP，然後嘗試停止所有的正在執行或暫停任務的線程，

并傳回等待執行任務的清單

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八、線程池狀态

線程池有五種運作狀态

1、RUNNING

(1) 狀态說明：線程池處在RUNNING狀态時，能夠接收新任務，以及對已添加的任務進行處理。 

(2) 狀态切換：線程池的初始化狀态是RUNNING。線程池被一旦被建立，就處于RUNNING狀态，且線程池中的任務數為0

2、 SHUTDOWN

(1) 狀态說明：線程池處在SHUTDOWN狀态時，不接收新任務，但能處理已添加的任務。 

(2) 狀态切換：調用線程池的shutdown()接口時，線程池由RUNNING -> SHUTDOWN。

3、STOP

(1) 狀态說明：線程池處在STOP狀态時，不接收新任務，不處理已添加的任務，并且會中斷正在處理的任務。 

(2) 狀态切換：調用線程池的shutdownNow()接口時，線程池由(RUNNING or SHUTDOWN ) -> STOP。

4、TIDYING

(1) 狀态說明：當所有的任務已終止，ctl記錄的”任務數量”為0，線程池會變為TIDYING狀态。當線程池變為TIDYING狀态時，會執行鈎子函數terminated()。terminated()在ThreadPoolExecutor類中是空的，若使用者想線上程池變為TIDYING時，進行相應的處理；可以通過重載terminated()函數來實作。 

(2) 狀态切換：當線程池在SHUTDOWN狀态下，阻塞隊列為空并且線程池中執行的任務也為空時，就會由 SHUTDOWN -> TIDYING。 當線程池在STOP狀态下，線程池中執行的任務為空時，就會由STOP -> TIDYING。

5、 TERMINATED

(1) 狀态說明：線程池徹底終止，就變成TERMINATED狀态。 

(2) 狀态切換：線程池處在TIDYING狀态時，執行完terminated()之後，就會由 TIDYING -> TERMINATED。

 源碼中可以看到

  private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;//32-3=29

 // runState is stored in the high-order bits  運作狀态存儲在高位

 //左移動29位，即-1的29次方，轉換為二進制11100000000000000000000000000000

   private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;

  //即0的29次方，轉換為二進制00000000000000000000000000000000

    private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;

  //即1的29次方，轉換為二進制00100000000000000000000000000000

    private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;

  //即2的29次方，轉換為二進制01000000000000000000000000000000

    private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;

  //即3的29次方，轉換為二進制01100000000000000000000000000000

    private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS; 

合并線程池狀态與工作線程數量：ctlOf 

    private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));      

    //表示線程池最大容量，1的29次方減去1，即536870911，二進制表示00011111111111111111111111111111

    private static final int CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1;

    //rs線程池狀态，wc工作線程數量，兩者按位或，得到ctl ，高3位表示線程池狀态，低29位表示工作線程數量

    private static int ctlOf(int rs, int wc) { return rs | wc; } 

線程池狀态：runStateOf

private static int runStateOf(int c)     { return c & ~CAPACITY; }

描述：參數c=ctl.get()，get到合并值ctl，c & ~CAPACITY與運算，得到高3位就是線程狀态

釋義：CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1的值536870911，"~"表示取反

536870911轉換二進制 00011111111111111111111111111111，取反後 11100000000000000000000000000000

參數c轉為二進制後，其高3位與111按位與，得到的高3位是參數c的高3位

CAPACITY取反的低29位為零，是以參數c與之低29位按位與，得到的低29位是CAPACITY取反的低29位，全為0

示例：

xxx0000000000000000000000001100  & 11100000000000000000000000000000

按位與後xxx000000000000000000000000000 即取參數c的高3位，CAPACITY的低29位全為0

所為參數c,即ctl，高3位表示線程池狀态

工作線程數量：workerCountOf 

 private static int workerCountOf(int c)  { return c & CAPACITY; }

描述：參數c=ctl.get()，get到合并值ctl ，c & CAPACITY運算，得到低29位，即線程池線程數量

釋義：CAPACITY   = (1 << COUNT_BITS) - 1的值536870911

536870911轉換二進制 00011111111111111111111111111111

參數c轉為二進制後，其高3位與000按位與後，得到的高3位為CAPACITY 的高3位，即000

CAPACIT的低29位都為1，是以參數c低29位與之按位與，得到的低29位總是參數c的低29位

示例：

010xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx  & 00011111111111111111111111111111

按位與後000xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 即取CAPACITY得高3位000，參數c的低29位

所為參數c,即ctl，低29位表示線程數量

九、調整線程池大小

　ThreadPoolExecutor提供了setter方法，是以建立線程池之後，也可以動态調整線程池大小

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十、監控線程池

可以通過線程池提供的參數進行監控，在監控線程池的時候可以使用以下屬性，擷取線程池任務狀況

taskCount：線程池需要執行的任務數量。

completedTaskCount：線程池在運作過程中已完成的任務數量，小于或等于taskCount。

largestPoolSize：線程池裡曾經建立過的最大線程數量。通過這個資料可以知道線程池是

否曾經滿過。如該數值等于線程池的最大大小，則表示線程池曾經滿過。

getPoolSize：線程池的線程數量。如果線程池不銷毀的話，線程池裡的線程不會自動銷

毀，是以這個大小隻增不減。

getActiveCount：擷取活動的線程數。

也可以通過擴充線程池進行監控。可以通過繼承線程池來自定義線程池，重寫線程池的beforeExecute、afterExecute和terminated方法，也可以在任務執行前、執行後和線程池關閉前執行一些代碼來進行監控。

例如，監控任務的平均執行時間、最大執行時間和最小執行時間等，這幾個方法線上程池裡是空方法 

參考：《Java并發程式設計的藝術》

參考：http://blog.51cto.com/10594544/2176728

多線程 java 線程池原理 線程池參數 關閉線程池
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