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Java 线程池全面总结与详解

作者：该用户快成仙了

在一个应用程序中，我们需要多次使用线程，也就意味着，我们需要多次创建并销毁线程。而创建并销毁线程的过程势必会消耗内存。而在Java中，内存资源是及其宝贵的，所以，我们就提出了线程池的概念

线程池是很常用的并发框架，几乎所有需要异步和并发处理任务的程序都可用到线程池。
使用线程池的好处如下：

原理

线程池的原理非常简单，这里用处理流程来概括：

使用工作队列，是为了尽可能降低线程创建的开销。工作队列用阻塞队列来实现。

阻塞队列

阻塞队列（BlockingQueue）是指支持阻塞的插入和移除元素的队列。

原理：使用通知者模式实现。当生产者往满的队列中添加元素时，会阻塞生产者。消费者移除元素时，会通知生产者当前队列可用。

阻塞队列有以下三种类型，分别是：

有界阻塞队列

主要包括ArrayBlockingQueue（数组），LinkedBlockingQueue（链表）两种。有界队列大小与线程数量大小相互配合，队列容量大线程数量小时，可减少上下文切换降低cpu使用率，但是会降低吞吐量。

无界阻塞队列

比较常用的是LinkedTransferQueue。FixedThreadPool就是用这个实现的。无界阻塞队列要慎重使用，因为在某些情况，可能会导致大量的任务堆积到队列中，导致内存飙升。

同步移交队列

SynchronousQueue。不存储元素的阻塞队列，每一个put操作必须等待一个take操作，否则不能继续添加元素。用于实现CachedThreadPool线程池。

各个线程池所使用的任务队列映射关系如下：

线程池阻塞队列

FixedThreadPoolLinkedBlockingQueueSingleThreadExecutorLinkedBlockingQueueCachedThreadExecutorSynchronousQueueScheduledThreadPoolExecutorLinkedBlockingQueue

实现类分析

ThreadPoolExecutor是Java线程池的实现类，是Executor接口派生出来的最核心的类。依赖关系图如下：

深入浅出谈Java线程池原理及分析

这里不得不提到Executor框架，该框架包含三大部分，如下：

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, milliseconds, runnableTaskQueue, handler)

构造方法如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    if (corePoolSize < 0 ||
        maximumPoolSize <= 0 ||
        maximumPoolSize < corePoolSize ||
        keepAliveTime < 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
        throw new NullPointerException();
    this.corePoolSize = corePoolSize;
    this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
    this.workQueue = workQueue;
    this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
    this.threadFactory = threadFactory;
    this.handler = handler;
}

参数说明：

使用Executors创建线程池

使用工具类Executors可创建三种类型的线程池：FixedThreadPool、SingleThreadExecutor、CachedThreadPool。本质上也是调用上述构造方法。理解了前文的参数解释，下面三种线程池也就容易理解了。

FixedThreadPool

可重用固定线程数的线程池。

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

工作流程如下：

SingleThreadExecutor

单个worker线程的线程池

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

SingleThreadExecutor与FixedThreadPool的区别在于，maximumPoolSize和corePoolSize都设置成了1，其它参数都一样。

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

CachedThreadPool将corePoolSize设置为0，maximumPoolSize设置为无限大，同时使用了一个没有容量的工作队列SynchronousQueue。这个线程池没有固定的核心线程，而是根据需要创建新线程。

工作流程：

线程池关闭

调用shutdown或者shutdownNow方法可关闭线程池。原理是遍历线程池中所有工作线程，调用interrupt方法来中断线程。

这里涉及到ThreadPoolExecutor中定义的线程的五种状态

// runState is stored in the high-order bits
private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

当队列和正在执行的任务都为空时，由SHUTDOWN转化为TIDYING；当正在执行的任务为空，由STOP转化为TIDYING。

本博客从线程池的原理介绍作为切入点，分析了线程池中尤为关键的组件：阻塞队列。同时分析了线程池的核心实现类ThreadPoolExecutor。以线程池的创建和关闭的思路，梳理了相关知识点，包括三种常用线程池介绍以及线程池五种状态。

到此这篇关于Java 线程池全面总结与详解的文章就介绍到这了,更多相关Java 线程池内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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