Java自带线程池

为何要使用线程池和任务队列

在实际应用场景中，通常会有大量的任务请求需要处理，如果应用轮询处理到达的请求，而通常请求量是巨大的，假如某个请求耗时比较长，后续请求都会被阻塞。
一般简单的处理模型是，为每一个请求分配一个线程处理。但在高并发的场景下，服务器需要大量的创建和销毁线程，而性能消耗在线程的创建和销毁过程中，包括线程间的切换。解决这一并发问题的方案就是使用有限线程池，应用程序在初始化预先创建出线程池，消除创建线程带来的延迟，而有限的线程数也能很好的平衡线程之间的竞争带来的性能损耗。
良好的情况是，请求过来以后，恰好有空闲的线程分配来处理。而实际应用时，会出现请求到达，而没有空闲线程来处理，这时请求任务需要等待，为线程池构建任务队列就是为了解决这一问题。
有一种情况是任务队列里等待处理的任务数过大，服务应用根本处理不了，这种场景下，我们应该让后续过来的请求任务进入异常处理，一般根据业务类型可以设置超时时间，让出资源。

Java线程池的实现

jdk（jdk版本1.5以后）中提供了java.util.concurrent包，增加了对线程的使用工具。

• Executors对象
  Executors类是Jdk中线程池的工具类，真正的线程池接口对象是ExecutorService。java中更具不同的需求扩展了ExecutorService对象：
  ScheduledExecutorService：解决那些需要任务重复执行的问题。
  ThreadPoolExecutor：ExecutorService的默认实现。
  ScheduledThreadPoolExecutor：继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。
  Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池：
  1.newSingleThreadExecutor
  创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。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。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

public class MyThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "Runing......");
    }
}

//创建一个可重用固定线程数的线程池
ExecutorService pool = Executors. newSingleThreadExecutor();
Thread t1 = new MyThread();
//将线程放入池中进行执行
pool.execute(t1);
pool.shutdown();

2.newFixedThreadPool
创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

//创建一个可重用固定线程数的线程池
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
Thread t1 = new MyThread();
//将线程放入池中进行执行
pool.execute(t1);
pool.shutdown();

3.newCachedThreadPool
创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，
那么就会回收部分空闲（60秒不执行任务）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说JVM）能够创建的最大线程大小。

//创建一个可重用固定线程数的线程池
ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
Thread t1 = new MyThread();
//将线程放入池中进行执行
pool.execute(t1);
pool.shutdown();

4.newScheduledThreadPool
创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

ScheduledThreadPoolExecutor exec = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);
exec.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {//每隔一段时间就触发异常
    @Override
    publicvoid run() {
        //throw new RuntimeException();
        System.out.println("================");
    }
}, 1000, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);

• ThreadPoolExecutor对象
  ThreadPoolExecutor的完整构造方法是：

ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler)

corePoolSize --- 池中所保存的线程数，包括空闲线程。
maximumPoolSize --- 池中允许的最大线程数。
keepAliveTime --- 当线程数大于核心时，此为终止前多余的空闲线程等待新任务的最长时间。
unit --- keepAliveTime 参数的时间单位。
workQueue --- 执行前用于保持任务的队列。此队列仅保持由 execute方法提交的 Runnable任务。
threadFactory --- 执行程序创建新线程时使用的工厂。
handler --- 由于超出线程范围和队列容量而使执行被阻塞时所使用的处理程序。
示例：

ThreadPoolExecutor tExecutor = new ThreadPoolExecutor(4, 4, 60L, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>(256));
tExecutor.allowCoreThreadTimeOut(false);//这里设置为true，空闲的core thread会被干掉

• BlockingQueue队列的选择
  1.SynchronousQueue直接提交，SynchronousQueue队列是有界的。Executor会直接提交任务给线程处理，如果没有空闲的线程，则会创建新线程。此时加入队列等待会失败。如果线程数有限制，则会导致无法创建新线程，任务进入异常处理。所以SynchronousQueue是配合无解线程池的。

new ThreadPoolExecutor(
  2, 3, 30, TimeUnit.SECONDS,
  new SynchronousQueue<Runnable>(),
  new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
  new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

2.LinkedBlockingQueue无界队列，在线程都处于忙的状态下，将任务加入队列等待。如果请求并发量大，会导致队列不断增长。LinkedBlockingQueue也可以预定义大小。

new ThreadPoolExecutor(
    2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,
    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(2),
    new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

3.ArrayBlockingQueue有界队列，这种策略主要是防止系统资源被耗尽。在线程池大小受限，队列大小受限的条件下，系统必须考虑异常的场景，所以比较复杂。

new ThreadPoolExecutor(
    2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,
    new ArrayBlockingQueue<Runnable>(2),
    new RecorderThreadFactory("CookieRecorderPool"),
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

• ThreadFactory的构造方法
  ThreadFactory接口提供创建线程的方式和属性，可以自定义实现

public class DaemonThreadFactory implements ThreadFactory {  
    public Thread newThread(Runnable r) {  
       Thread t = new Thread(r);  
       t.setDaemon(true);  
       return t;  
    }  
}  

public class MaxPriorityThreadFactory implements ThreadFactory {  
    public Thread newThread(Runnable r) {  
       Thread t = new Thread(r);  
       t.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);  
       return t;  
    }  
} 

• RejectedExecutionHandler策略选择
  在任务请求被拒绝以后的处理策略由RejectedExecutionHandler方法决定，一共有如下四种策略：
  1.CallerRunsPolicy当任务被拒绝加入等待队列，而又无法新建线程时，任务将由调用Executors的线程执行。
  2.AbortPolicy当任务被拒绝处理是，直接抛出RejectedExecutionException
  3.DiscardPolicy当任务被拒绝处理，直接被删除不会抛出任何异常
  4.DiscardOldestPolicy当任务被拒绝处理，会删掉队列最头部任务，然后重试，如果再次失败，再删掉队列头部数据重试。这种策略会挤掉队列旧任务，比较复杂。

Java多线程数据共享

• Runable对象
  java中通过实现Runable接口类的方法来达到数据共享的目的，在自定义实现Runable接口时需要覆盖run方法

static class MyRunable implements Runnable {
        public int count = 100;
        public void run() {
            count--;
            System.out.println("run:"+count);
        }
}

• Callable对象
  Callable对象类似与Runable，又有区别：
  1.Callable需要覆盖call方法，此方法可以抛出异常。
  2.Callable对象可以返回一个Future对象，Future可以查看线程执行结果。

public class  MyCallable  implements Callable{
        private int flag = 0;
        public MyCallable(int flag){
            this.flag = flag;
        }
        public String call() throws Exception{
            if (this.flag == 0){
                return "flag = 0";
            }
            if (this.flag == 1){
                try {
                    while (true) {
                        System.out.println("looping.");
                        Thread.sleep(2000);
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    System.out.println("Interrupted");
                }
                return "false";
            } else {
                throw new Exception("Bad flag value!");
            }
        }
    }

通过ExecutorService对象的sibmit方法可以返回一个Future对象

 MyCallable task = new MyCallable(0);
 // 创建一个执行任务的服务
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(1);
try {
        Future future = es.submit(task);
        System.out.println("task: " + future.get());
} catch (Exception e){
        System.out.println(e.toString());
}
es.shutdownNow();

• FutureTask对象
  FutureTask是对Runable和Future两个接口类的实现。FutureTask对象可以作为Runable提交给线程执行，也可以作为返回的结果。FutureTask对象拥有state,runner两种属性值，也支持cannel()方法和run()方法。
  具体原理可以参看源码，这里不做描述了，给一个简单示例：

ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    FutureTask<String> task = new FutureTask<String>(new Callable<String>() {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            return "call";
        }
    });
    executor.execute(task);
    try {
        System.out.println(task.get());
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    } catch (ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    executor.shutdown();

总结

• 这里只是简单总结了java线程池相关的知识点，有些细节还需要深入学习
• 遗留java多线程同步的问题，抽时间再写