队列

队列是一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。
在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出（FIFO—first in first out）线性表。

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阻塞队列

• 支持阻塞的插入方法：意思是当队列满时，队列会阻塞插入元素的线程，直到队列不满。
• 支持阻塞的移除方法：意思是在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。

方法	抛出异常	返回特殊值	一直阻塞	超时退出
插入方法	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e,time,unit)
移除方法	remove	poll()	take()	poll(time,unit)
检查方法	element()	peek()	不可用	不可用

• 抛出异常：当队列满时，如果再往队列里插入元素，会抛出IllegalStateException（"Queuefull"）异常。当队列空时，从队列里获取元素会抛出NoSuchElementException异常。
• 返回特殊值：当往队列插入元素时，会返回元素是否插入成功，成功返回true。如果是移除方法，则是从队列里取出一个元素，如果没有则返回null。
• 一直阻塞：当阻塞队列满时，如果生产者线程往队列里put元素，队列会一直阻塞生产者线程，直到队列可用或者响应中断退出。当队列空时，如果消费者线程从队列里take元素，队列会阻塞住消费者线程，直到队列不为空。
• 超时退出：当阻塞队列满时，如果生产者线程往队列里插入元素，队列会阻塞生产者线程一段时间，如果超过了指定的时间，生产者线程就会退出。

常用的阻塞队列

• ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列
• LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列
• PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列
  正常按照放入顺序获取，优先级(放入的时候根据某种方式比较，按照比较规则排序)
• DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列
  元素的延迟获取,即使有元素,元素的剩余时间没到,也取不到(例如单机缓存系统)
• SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列
  不存储元素,必须有一个消费者在调用take在进行取出操作 ,直接取出,为了解耦
• LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列
  • transfer
    添加元素的时候 如果有消费者在接收 直接传给消费者 如果没有阻塞住 等有消费者拿元素
    tryTransfer
  • 添加元素的时候 如果有消费者在接收 直接传给消费者 如果没有添加到队列中
• LinkedBlockingQueues：一个由链表结构组成的双向阻塞队列
  一般队列 一个入口一个出口 队列两端都可以作为入口 也可以作为出口 两端可以同时操作 减少竞争

线程池

为什么要用线程池？

1. 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。
2. 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。假设一个服务器完成一项任务所需时间为：T1 创建线程时间，T2 在线程中执行任务的时间，T3 销毁线程时间。 如果：T1 + T3 远大于 T2，则可以采用线程池，以提高服务器性能。线程池技术正是关注如何缩短或调整T1,T3时间的技术，从而提高服务器程序性能的。它把T1，T3分别安排在服务器程序的启动和结束的时间段或者一些空闲的时间段，这样在服务器程序处理客户请求时，不会有T1，T3的开销了。
3. 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。

ThreadPoolExecutor 的类关系

Executor是一个接口，它是Executor框架的基础，它将任务的提交与任务的执行分离开来。
ExecutorService接口继承了Executor，在其上做了一些shutdown()、submit()的扩展，可以说是真正的线程池接口；

AbstractExecutorService抽象类实现了ExecutorService接口中的大部分方法；
ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类，用来执行被提交的任务。

ScheduledExecutorService接口继承了ExecutorService接口，提供了带"周期执行"功能ExecutorService；
ScheduledThreadPoolExecutor是一个实现类，可以在给定的延迟后运行命令，或者定期执行命令。ScheduledThreadPoolExecutor比Timer更灵活，功能更强大。

ThreadPoolExecutor 的类关系

线程池的创建各个参数含义

/**
* corePoolSize 核心线程数
* maximumPoolSize 最大线程数
* keepAliveTime 空闲线程存活时间
* unit  存活时间的时间单位
* workQueue 任务过多时 存储任务用
* threadFactory
* handler 拒绝策略 任务数过多 超过(最大线程数+任务阻塞队列的和 )时对任务的处理
*/
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
           //省略...
}

• corePoolSize
  线程池中的核心线程数，当提交一个任务时，线程池创建一个新线程执行任务，直到当前线程数等于corePoolSize；
  如果当前线程数为corePoolSize，继续提交的任务被保存到阻塞队列中，等待被执行；
  如果执行了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有核心线程。
• maximumPoolSize
  线程池中允许的最大线程数。如果当前阻塞队列满了，且继续提交任务，则创建新的线程执行任务，前提是当前线程数小于maximumPoolSize
• keepAliveTime
  线程空闲时的存活时间，即当线程没有任务执行时，继续存活的时间。默认情况下，该参数只在线程数大于corePoolSize时才有用
• TimeUnit
  keepAliveTime的时间单位
• workQueue
  workQueue必须是BlockingQueue阻塞队列。当线程池中的线程数超过它的corePoolSize的时候，线程会进入阻塞队列进行阻塞等待。通过workQueue，线程池实现了阻塞功能。
  一般来说，我们应该尽量使用有界队列，因为使用无界队列作为工作队列会对线程池带来如下影响。
  1）当线程池中的线程数达到corePoolSize后，新任务将在无界队列中等待，因此线程池中的线程数不会超过corePoolSize。
  2）由于1，使用无界队列时maximumPoolSize将是一个无效参数。
  3）由于1和2，使用无界队列时keepAliveTime将是一个无效参数。
  4）更重要的，使用无界queue可能会耗尽系统资源，有界队列则有助于防止资源耗尽，同时即使使用有界队列，也要尽量控制队列的大小在一个合适的范围。
• threadFactory
  创建线程的工厂，通过自定义的线程工厂可以给每个新建的线程设置一个具有识别度的线程名，当然还可以更加自由的对线程做更多的设置，比如设置所有的线程为守护线程。
  Executors静态工厂里默认的threadFactory，线程的命名规则是“pool-数字-thread-数字”。
• RejectedExecutionHandler
  线程池的饱和策略，当阻塞队列满了，且没有空闲的工作线程，如果继续提交任务，必须采取一种策略处理该任务，线程池提供了4种策略：
  （1）AbortPolicy：直接抛出异常，默认策略；
  （2）CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来执行任务；
  （3）DiscardOldestPolicy：丢弃阻塞队列中靠最前的任务，并执行当前任务；
  （4）DiscardPolicy：直接丢弃任务；
  当然也可以根据应用场景实现RejectedExecutionHandler接口，自定义饱和策略，如记录日志或持久化存储不能处理的任务。

线程池的工作机制

线程池的工作机制

1. 如果当前运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）。
2. 如果运行的线程等于或多于corePoolSize，则将任务加入BlockingQueue。
3. 如果无法将任务加入BlockingQueue（队列已满），则创建新的线程来处理任务。
4. 如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。

提交任务

execute()方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功。
submit()方法用于提交需要返回值的任务。线程池会返回一个future类型的对象，通过这个future对象可以判断任务是否执行成功，并且可以通过future的get()方法来获取返回值，get()方法会阻塞当前线程直到任务完成，而使用get（long timeout，TimeUnit unit）方法则会阻塞当前线程一段时间后立即返回，这时候有可能任务没有执行完。

关闭线程池

可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池。

它们的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。

但是它们存在一定的区别，shutdownNow首先将线程池的状态设置成STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。

shutdown只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。

只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，isShutdown方法就会返回true。

当所有的任务都已关闭后，才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true。

至于应该调用哪一种方法来关闭线程池，应该由提交到线程池的任务特性决定，通常调用shutdown方法来关闭线程池，如果任务不一定要执行完，则可以调用shutdownNow方法。

如何合理的配置参数

1. 线程大小

• cpu密集型(cpu在不停计算的，从内存中取数据计算的)
  maximumPoolSize 不要超过cpu核心数 避免cpu切换
  最多 cpu核心数+1 (Runtime.getRuntime().availableProcessors();可以获取CPU核心数)
  为什么+1? 机器内存是有限的，会把磁盘的一部分作为虚拟内存，访问这部分数据的时候会先将数据拷贝到内存中，拷贝步骤是耗时的，会造成cpu空闲，产生页缺失现象。
  所以这时+1 避免这种情况的产生 (页缺失操作系统的概念，也不是很清楚)

• io密集型(网络通讯、磁盘操作等，远远低于内存的存取速度 )
  io操作基本不用cpu，cpu告诉磁盘控制器(DMA )去做，做完告诉cpu
  根据日常开发得到的经验值 cpu核心数2避免等待读取数据 造成cpu空闲

• 混合型(上面两者都有的)
  如果两种任务时间相差不大 考虑拆分
  如果相差较大 cpu10ms 磁盘5s 直接视为io型

2. 阻塞队列的大小
   尽量配置成有界的，如果当时我们设置成无界队列，那么线程池的队列就会越来越多，有可能会撑满内存

线程池的线程是怎么做到不销毁的？
从阻塞队列中获取任务 run方法执行不完