学习JAVA线程池

一、线程池作用
线程池作用就是限制系统中执行线程的数量。
根据系统的环境情况，可以自动或手动设置线程数量，达到运行的最佳效果；少了浪费了系统资源，多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量，其他线程排队等候。一个任务执行完毕，再从队列的中取最前面的任务开始执行。若队列中没有等待进程，线程池的这一资源处于等待。当一个新任务需要运行时，如果线程池中有等待的工作线程，就可以开始运行了；否则进入等待队列。

基于生产者-消费者模式，其提交任务的线程相当于生产者，执行任务的线程相当于消费者，并用Runnable来表示任务

二、重要接口和类

1.接口Executor

定义了一个接收Runnable对象的方法execute

2.接口ExecutorService

是一个比Executor使用更广泛的子类接口，其提供了生命周期（运行、关闭、已终止）管理的方法，以及可跟踪一个或多个异步任务执行状况返回Future的方法。Future 表示一个任务的生命周期，并且提供了相应的方法来判断是否已经完成或取消，以及获取任务的结果和取消任务等。
创建一个什么样的ExecutorService的实例（即线程池）需要根据具体应用场景而定，不过Java给我们提供了一个Executors工厂类，它可以帮助我们很方便的创建各种类型ExecutorService线程池。

2.1 ExecutorService的使用

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

executorService.execute(new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("Asynchronous task");
    }
});

executorService.shutdown();

2.2 ExecutorService的执行
ExecutorService有如下几个执行方法：

- execute(Runnable)
- submit(Runnable)
- submit(Callable)
- invokeAny(...)
- invokeAll(...)

2.2.1 execute(Runnable)
这个方法接收一个Runnable实例，并且异步的执行，请看下面的实例：

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

executorService.execute(new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("Asynchronous task");
    }
});

executorService.shutdown();

这个方法有个问题，就是没有办法获知task的执行结果。如果我们想获得task的执行结果，我们可以传入一个Callable的实例（下面会介绍）。

2.2.2 submit(Runnable)
submit(Runnable)和execute(Runnable)区别是前者可以返回一个Future对象，通过返回的Future对象，我们可以检查提交的任务是否执行完毕，请看下面执行的例子：

Future future = executorService.submit(new Runnable() {
    public void run() {
        System.out.println("Asynchronous task");
    }
});

future.get();  //returns null if the task has finished correctly.

如果任务执行完成，future.get()方法会返回一个null。注意，future.get()方法会产生阻塞。

2.2.3 submit(Callable)
submit(Callable)和submit(Runnable)类似，也会返回一个Future对象，但是除此之外，submit(Callable)接收的是一个Callable的实现，Callable接口中的call()方法有一个返回值，可以返回任务的执行结果，而Runnable接口中的run()方法是void的，没有返回值。请看下面实例：

Future future = executorService.submit(new Callable(){
    public Object call() throws Exception {
        System.out.println("Asynchronous Callable");
        return "Callable Result";
    }
});

System.out.println("future.get() = " + future.get());

如果任务执行完成，future.get()方法会返回Callable任务的执行结果。注意，future.get()方法会产生阻塞,直到call方法结束返回结果。

2.2.4 invokeAny(…)
invokeAny(…)方法接收的是一个Callable的集合，执行这个方法不会返回Future，但是会返回所有Callable任务中其中一个任务的执行结果。这个方法也无法保证返回的是哪个任务的执行结果，反正是其中的某一个。请看下面实例：

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

Set<Callable<String>> callables = new HashSet<Callable<String>>();

callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 1";
    }
});
callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 2";
    }
});
callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 3";
    }
});

String result = executorService.invokeAny(callables);
System.out.println("result = " + result);
executorService.shutdown();

大家可以尝试执行上面代码，每次执行都会返回一个结果，并且返回的结果是变化的，可能会返回“Task2”也可是“Task1”或者其它。

2.2.5 invokeAll(…)
invokeAll(…)与 invokeAny(…)类似也是接收一个Callable集合，但是前者执行之后会返回一个Future的List，其中对应着每个Callable任务执行后的Future对象。情况下面这个实例：

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();

Set<Callable<String>> callables = new HashSet<Callable<String>>();

callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 1";
    }
});
callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 2";
    }
});
callables.add(new Callable<String>() {
    public String call() throws Exception {
        return "Task 3";
    }
});

List<Future<String>> futures = executorService.invokeAll(callables);

for(Future<String> future : futures){
    System.out.println("future.get = " + future.get());
}

executorService.shutdown();

2.3 ExecutorService的关闭
当我们使用完成ExecutorService之后应该关闭它，否则它里面的线程会一直处于运行状态。

如果要关闭ExecutorService中执行的线程，我们可以调用ExecutorService.shutdown()方法。在调用shutdown()方法之后，ExecutorService不会立即关闭，但是它不再接收新的任务，直到当前所有线程执行完成才会关闭，所有在shutdown()执行之前提交的任务都会被执行。

如果我们想立即关闭ExecutorService，我们可以调用ExecutorService.shutdownNow()方法。这个动作将跳过所有正在执行的任务和被提交还没有执行的任务。但是它并不对正在执行的任务做任何保证，有可能它们都会停止，也有可能执行完成。

3.接口ScheduledExecutorService

3.1 scheduleAtFixedRate() 按指定频率周期执行某个任务

public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, 
            long initialDelay,  
            long period,  
            TimeUnit unit); 

command：执行线程
initialDelay：初始化延时
period：两次开始执行最小间隔时间
unit：计时单位
实例：

private static ScheduledExecutorService service = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();  
static {
       service.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {  
           public void run() {  
               System.out.println("延迟10s开始执行，每隔100s重新执行一次任务");
           }  
       }, 10, 100, TimeUnit.SECONDS); 
}

3.2 scheduleWithFixedDelay() 按指定频率间隔执行某个任务

public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,  
                long initialDelay,  
                long delay,  
                TimeUnit unit); 

command：执行线程
initialDelay：初始化延时
period：前一次执行结束到下一次执行开始的间隔时间（间隔执行延迟时间）
unit：计时单位
实例：

    private static ScheduledExecutorService service = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();  
    static {
        service.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {  
            public void run() {  
                System.out.println("10秒后开始执行，本次执行结束后延迟100s开始下次执行。");
            }  
        }, 10, 100, TimeUnit.SECONDS); 
    }

3.3 周期定时执行某个任务

/** 
 * 每天晚上8点执行一次 
 * 每天定时安排任务进行执行 
 */  
public static void executeEightAtNightPerDay() {  
    ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(1);  
    long oneDay = 24 * 60 * 60 * 1000;  
    long initDelay  = getTimeMillis("20:00:00") - System.currentTimeMillis();  
    initDelay = initDelay > 0 ? initDelay : oneDay + initDelay;  

    executor.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {  
        public void run() {  
            System.out.println("do something");
        },  
        initDelay,  
        oneDay,  
        TimeUnit.MILLISECONDS);  
}  

/** 
 * 获取指定时间对应的毫秒数 
 * @param time "HH:mm:ss" 
 * @return 
 */  
private static long getTimeMillis(String time) {  
    try {  
        DateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yy-MM-dd HH:mm:ss");  
        DateFormat dayFormat = new SimpleDateFormat("yy-MM-dd");  
        Date curDate = dateFormat.parse(dayFormat.format(new Date()) + " " + time);  
        return curDate.getTime();  
    } catch (ParseException e) {  
        e.printStackTrace();  
    }  
    return 0;  
}  

4.类Executors
通过 Executors 中的静态工厂方法来创建线程池。

4.1 newFixedThreadPool()
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads)

创建一个定长线程池，定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
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。
newFixedThreadPool内部有个任务队列，假设线程池里有3个线程，提交了5个任务，那么后两个任务就放在任务队列了，即使前3个任务sleep或者堵塞了，也不会执行后两个任务，除非前三个任务有执行完的

实例:

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(2);
        for (int i = 0; i < 6; i++) {
            final int index = i;
            System.out.println("task: " + (i + 1));
            Runnable run = new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("thread start" + index);
                    try {
                        Thread.sleep(Long.MAX_VALUE);//执行很久。。。
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println("thread end" + index);
                }
            };
            service.execute(run);
        }
        service.shutdown();
    }
}

输出：

task: 1
task: 2
thread start0
thread start1
task: 3
task: 4
task: 5
task: 6

6个任务，只有二个任务在执行，4个在任务队列，等候执行。

4.2 newCachedThreadPool()
创建一个可缓存线程池，如果线程池中的线程在60秒未被使用就将被移除，在执行新的任务时，当线程池中有之前创建的可用线程就重用可用线程，否则就新建一条线程

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
            try {
                Thread.sleep(index * 1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println(index);
                }
            });
        }
    }
}

线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。
对于执行很多短期异步任务的程序而言，可提高程序性能。

4.3 newScheduledThreadPool()
创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。实例同【3.接口ScheduledExecutorService】

4.4 newSingleThreadExecutor()
创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int index = i;
            singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println(index);
                        Thread.sleep(2000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
}

结果依次输出，相当于顺序执行各个任务。

5.类ThreadPoolExecutor

private static ExecutorService exec = new ThreadPoolExecutor(8, 8, 0L,
        TimeUnit.MILLISECONDS, 
        new LinkedBlockingQueue<Runnable>(100000),
        new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

5.1 常用构造方法

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

corePoolSize	线程(核心)池维护线程的最少数量
maximumPoolSize	线程(最大)池维护线程的最大数量
keepAliveTime	线程池维护线程所允许的空闲时间
unit	线程池维护线程所允许的空闲时间的单位
workQueue	线程池所使用的缓冲队列
handler	线程池对拒绝任务的处理策略

5.1.1
一个任务通过 execute(Runnable)方法被添加到线程池，任务就是一个 Runnable类型的对象，任务的执行方法就是Runnable类型对象的run()方法。当一个任务通过execute(Runnable)方法欲添加到线程池时：

l 如果此时线程池中的数量小于corePoolSize，即使线程池中的线程都处于空闲状态，也要创建新的线程来处理被添加的任务。

l 如果此时线程池中的数量等于 corePoolSize，但是缓冲队列 workQueue未满，那么任务被放入缓冲队列。

l 如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量小于maximumPoolSize，建新的线程来处理被添加的任务。

l 如果此时线程池中的数量大于corePoolSize，缓冲队列workQueue满，并且线程池中的数量等于maximumPoolSize，那么通过 handler所指定的策略来处理此任务。也就是：处理任务的优先级为：核心线程corePoolSize、任务队列workQueue、最大线程maximumPoolSize，如果三者都满了，使用handler处理被拒绝的任务。

l 当线程池中的线程数量大于 corePoolSize时，如果某线程空闲时间超过keepAliveTime，线程将被终止。这样，线程池可以动态的调整池中的线程数。

5.1.2 handler有四个选择

默认new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()	处理程序遭到拒绝将抛出运行时RejectedExecutionException
new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()	当抛出RejectedExecutionException异常时，会调用rejectedExecution方法
new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()	抛弃旧的任务，如果执行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的任务将被删除，然后重试执行程序（如果再次失败，则重复此过程）
new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()	抛弃当前的任务，不能执行的任务将被删除

实例：（实例原文http://blog.csdn.net/pfnie/article/details/52755769）
写一个task：

public class Task implements Runnable {  

    protected String name;  

    public Task(String name) {  
        super();  
        this.name = name;  
    }  

    @Override  
    public void run() {  
        try {  
            System.out.println(this.name + " is running.");    
            Thread.sleep(500);   
        } catch (Exception e) {  

        }  
    }  
}  

1） AbortPolicy 示例

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;  
import java.util.concurrent.RejectedExecutionException;  
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;  
import java.util.concurrent.TimeUnit;  

public class AbortPolicyDemo {  

    public static void main(String[] args) {  
        // 创建线程池。线程池的"最大池大小"和"核心池大小"都为1，"线程池"的阻塞队列容量为1。    
        ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0,  
                TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<Runnable>(1));  

        // 设置线程池的拒绝策略为AbortPolicy    
        pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        // 设置线程池的拒绝策略为CallerRunsPolicy    
        // pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());  
        // 设置线程池的拒绝策略为DiscardPolicy    
        // pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); 
        // 设置线程池的拒绝策略为DiscardOldestPolicy    
        // pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());          
        try {  
            // 新建10个任务，并将它们添加到线程池中    
            for (int i = 0; i < 10; i++) {    
                Runnable myTask = new Task("task-"+i);    
                pool.execute(myTask);    
            }    
        } catch (RejectedExecutionException e) {  
            e.printStackTrace();  
             // 关闭线程池    
            pool.shutdown();  
        }  
    }  
} 

某一次运行结果，直接已异常的形式抛出：

task-0 is running.

java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task websocket.blocktest.Task@58777255 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@470ae2bf[Running, pool size = 1, active threads = 1, queued tasks = 1, completed tasks = 0]
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2048)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:821)
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1372)
    at websocket.blocktest.Test.main(Test.java:22)

task-1 is running.

2）CallerRunsPolicy 示例

// 设置线程池的拒绝策略为CallerRunsPolicy    
pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); 

某一次运行结果，当有新任务添加到线程池被拒绝时，线程池会将被拒绝的任务添加到”线程池正在运行的线程”中去运行：

task-2 is running.
task-0 is running.
task-3 is running.
task-1 is running.
task-5 is running.
task-4 is running.
task-7 is running.
task-6 is running.
task-9 is running.
task-8 is running.

3）DiscardPolicy 示例

// 设置线程池的拒绝策略为DiscardPolicy    
pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()); 

某一次运行结果，线程池pool的”最大池大小”和”核心池大小”都为1，这意味着”线程池能同时运行的任务数量最大只能是1”。线程池pool的阻塞队列是ArrayBlockingQueue，ArrayBlockingQueue是一个有界的阻塞队列，ArrayBlockingQueue的容量为1。这也意味着线程池的阻塞队列只能有一个线程池阻塞等待。由此可知，线程池*运行了2个任务。第1个任务直接放到Worker中，通过线程去执行；第2个任务放到阻塞队列中等待。其他的任务都被丢弃了。

task-0 is running.
task-1 is running.

4）DiscardOldestPolicy 示例

// 设置线程池的拒绝策略为DiscardOldestPolicy    
pool.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy());

某一次运行结果，当有新任务添加到线程池被拒绝时，线程池会丢弃阻塞队列中末尾的任务，然后将被拒绝的任务添加到末尾。

task-0 is running.
task-9 is running.

5.2 ThreadPoolExecutor配置(加深理解)

5.2.1 线程的创建与销毁
1）核心池大小、最大池大小和存活时间共同管理着线程的创建与销毁。
2）核心池的大小是目标的大小；线程池的实现试图维护池的大小；即使没有任务执行，池的大小也等于核心池的大小，并直到工作队列充满前，池都不会创建更多的线程。如果当前池的大小超过了核心池的大小，线程池就会终止它。
3）最大池的大小是可同时活动的线程数的上限。
4）如果一个线程已经闲置的时间超过了存活时间，它将成为一个被回收的候选者。
5）newFixedThreadPool工厂为请求的池设置了核心池的大小和最大池的大小，而且池永远不会超时
6）newCacheThreadPool工厂将最大池的大小设置为Integer.MAX_VALUE，核心池的大小设置为0，超时设置为一分钟。这样创建了无限扩大的线程池，会在需求量减少的情况下减少线程数量。

5.2.2 管理
1）ThreadPoolExecutor允许你提供一个BlockingQueue来持有等待执行的任务。任务排队有3种基本方法：无限队列、有限队列和同步移交。
2）newFixedThreadPool和newSingleThreadExectuor默认使用的是一个无限的 LinkedBlockingQueue。如果所有的工作者线程都处于忙碌状态，任务会在队列中等候。如果任务持续快速到达，超过了它们被执行的速度，队列也会无限制地增加。稳妥的策略是使用有限队列，比如ArrayBlockingQueue或有限的LinkedBlockingQueue以及 PriorityBlockingQueue。
3）对于庞大或无限的池，可以使用SynchronousQueue，完全绕开队列，直接将任务由生产者交给工作者线程
4）可以使用PriorityBlockingQueue通过优先级安排任务

6.类ScheduledThreadPoolExecutor
平时我们在执行一个定时任务时，会采用Time和TimeTask来组合处理，但是Timer和TimerTask存在一些缺陷：
1）Timer只创建了一个线程。当你的任务执行的时间超过设置的延时时间将会产生一些问题。
2）Timer创建的线程没有处理异常，因此一旦抛出非受检异常，该线程会立即终止。
JDK 5.0以后推荐使用ScheduledThreadPoolExecutor。该类属于Executor Framework，它除了能处理异常外，还可以创建多个线程解决上面的问题。

实例：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        ScheduledThreadPoolExecutor pool = new ScheduledThreadPoolExecutor(5);
        for (int i = 0; i < 5; i ++){
            final int temp = i + 1;
            //jdk8 lambda表达式
            pool.schedule(() -> {
                System.out.println("第"+temp+"个炸弹爆炸时间:" + simpleDateFormat.format(new Date()));
            }, temp * 5, TimeUnit.SECONDS);

          //隔2秒后开始执行任务，并且在上一次任务开始后隔一秒再执行一次；  
          //pool.scheduleWithFixedDelay(new MyTask(), 2, 1, TimeUnit.SECONDS);  
          //隔6秒后执行一次，但只会执行一次。  
          //pool.schedule(new MyTask(), 6, TimeUnit.SECONDS);  
        }
        pool.shutdown();
        System.out.println("end main时间:" + simpleDateFormat.format(new Date()));
    }

    private static class MyTask implements Runnable{
        @Override
        public void run() { 
            //捕获所有的异常，保证定时任务能够继续执行
            try{
                System.out.println("任务开始...");
                // 业务...
                System.out.println("任务结束...");
            }catch (Throwable e) {
                // 什么也不做
            }
        }
    }
}

在JAVAWEB开发中，执行定时任务有一个更好的选择: Quartz