Java线程池详解及常用方法

前言

最近被问到了线程池的相关问题。于是准备开始写一些多线程相关的文章。这篇将介绍一下线程池的基本使用。

Executors

Executors是concurrent包下的一个类，为我们提供了创建线程池的简便方法。
Executors可以创建我们常用的四种线程池：
（1）newCachedThreadPool 创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。不设上限，提交的任务将立即执行。
（2）newFixedThreadPool 创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
（3）newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
（4）newSingleThreadExecutor 创建一个单线程化的线程池执行任务。

Executors的坏处

正常来说，我们不应该使用这种方式创建线程池，应该使用ThreadPoolExecutor来创建线程池。Executors创建的线程池也是调用的ThreadPoolExcutor的构造函数。通过原来可以看出。

我们也看到了这里面的LinkedBlockingQueue并没有指定队列的大小是一个无界队列，这样可能会造成oom。所以我们要使用ThreadPoolExecutor这种方式。

ThreadPoolExecutor

通过源码看到ThreadPoolExecutor比较全的构造函数如下：

    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;
    }

分别解释一下参数的意义
corePoolSize：线程池长期维持的线程数，即使线程处于Idle状态，也不会回收。
maximumPoolSize：线程数的上限
keepAliveTime：空闲的时间，超过这个空闲时间，线程将被回收
unit：空闲时间的时间单位
workQueue：任务的排队队列，当线程都运行的时候，有空的线程将从队列汇总进行拿取
threadFactroy：当核心线程小于满线程的时候，又需要多加线程，则需要从工厂中获取线程
handler：拒绝策略，当线程过多的时候的策略

线程池针对于任务的执行顺序

首先任务过来之后，看看corePoolSize是否有空闲的，有的话就执行。没有的话，放入任务队列里面。然后任务队列会通知线程工厂，赶紧造几个线程，来执行。当任务超过了最大的线程数，就执行拒绝策略，拒绝执行。

submit方法

线程池建立完毕之后，我们就需要往线程池提交任务。通过线程池的submit方法即可。
submit方法接收两种Runable和Callable。
区别如下：
Runable是实现该接口的run方法，callable是实现接口的call方法。
callable允许使用返回值。
callable允许抛出异常。

提交任务的方式

Future submit(Callable task)：这种方式可以拿到返回的结果。
void execute(Runnable command)：这种方式拿不到。
Future<?> submit(Runnable task)：这种方式可以get，但是永远是null。

blockqueue的限制

我们在创建线程池的时候，如果使用Executors。创建的是无界队列，容易造成oom。所以我们要自己执行queue的大小。

BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue<>(512)

拒绝策略

当任务队列的queue满了的时候，在提交任务，就要触发拒绝策略。队列中默认的拒绝策略是 AbortPolicy。是直接抛出异常的一种策略。
如果是想实现自定义的策略，可以实现RejectedExecutionHandler 接口。
线程池提供了如下的几种策略供选择。
AbortPolicy：默认策略，抛出RejectedExecutionException
DiscardPolicy：忽略当前提交的任务
DiscardOldestPolicy：丢弃任务队列中最老的任务，给新任务腾出地方
CallerRunsPolicy：由提交任务者执行这个任务

ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 2, 
                0, TimeUnit.SECONDS, 
                new ArrayBlockingQueue<>(512), 
                new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());

捕捉异常

如之前所说Callable接口的实现，可以获取到结果和异常。通过返回的Future的get方法即可拿到。

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
Future<Object> future = executorService.submit(new Callable<Object>() {
        @Override
        public Object call() throws Exception {
            throw new RuntimeException("exception");// 该异常会在调用Future.get()时传递给调用者
        }
    });
    
try {
  Object result = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
} catch (ExecutionException e) {
  e.printStackTrace();
}

正确构造线程池的方式

int poolSize = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2;
BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<>(512);
RejectedExecutionHandler policy = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();
executorService = new ThreadPoolExecutor(poolSize, poolSize,
    0, TimeUnit.SECONDS,
            queue,
            policy);

获取单个结果

通过submit提交一个任务后，可以获取到一个future，调用get方法会阻塞并等待执行结果。get(long timeout, TimeUnit unit)可以指定等待的超时时间。

获取多个结果

可以使用循环依次调用，也可以使用ExecutorCompletionService。该类的take方式，会阻塞等待某一任务完成。向CompletionService批量提交任务后，只需调用相同次数的CompletionService.take()方法，就能获取所有任务的执行结果，获取顺序是任意的，取决于任务的完成顺序。

void solve(Executor executor, Collection<Callable<Result>> solvers)
   throws InterruptedException, ExecutionException {
   
   CompletionService<Result> ecs = new ExecutorCompletionService<Result>(executor);// 构造器
   
   for (Callable<Result> s : solvers)// 提交所有任务
       ecs.submit(s);
       
   int n = solvers.size();
   for (int i = 0; i < n; ++i) {// 获取每一个完成的任务
       Result r = ecs.take().get();
       if (r != null)
           use(r);
   }
}

这个类是对线程池的一个包装，包装完后，听过他进行submit和take。

单个任务超时

Future.get(long timeout, TimeUnit unit)。方法可以指定等待的超时时间，超时未完成会抛出TimeoutException。

多个任务超时

等待多个任务完成，并设置最大等待时间，可以通过CountDownLatch完成：

public void testLatch(ExecutorService executorService, List<Runnable> tasks) 
    throws InterruptedException{
      
    CountDownLatch latch = new CountDownLatch(tasks.size());
      for(Runnable r : tasks){
          executorService.submit(new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                  try{
                      r.run();
                  }finally {
                      latch.countDown();// countDown
                  }
              }
          });
      }
      latch.await(10, TimeUnit.SECONDS); // 指定超时时间
  }

await是总的时间，即使100个任务，需要跑20分钟。我10s超时了 也停止了。