pool是什么意思

java多线程：线程池原理、阻塞队列

⼀、线程池定义和使⽤

jdk1.5之后就引⼊了线程池。

1.1定义

从上⾯的空间切换看得出来，线程是稀缺资源，它的创建与销毁是⼀个相对偏重且耗资源的操作，⽽Java线程依赖于内核线程，创建线程需要进⾏操作系统状态切换。为避免资源过

度消耗需要设法重⽤线程执⾏多个任务。线程池就是⼀个线程缓存，负责对线程进⾏统⼀分配、调优与监控。（数据库连接池也是⼀样的道理）

什么时候使⽤线程池?

单个任务处理时间⽐较短；需要处理的任务数量很⼤。

线程池优势？

重⽤存在的线程，减少线程创建、消亡的开销，提⾼性能、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。

提⾼线程的可管理性,可统⼀分配,调优和监控。

1.2线程池在jdk已有的实现

在juc包下，有⼀个接⼝：Executor：

Executor⼜有两个⼦接⼝：ExecutorService和ScheduledExecutorService，常⽤的接⼝是ExecutorService。

同时常⽤的线程池的⼯具类叫Executors。

例如：

ExecutorServicervice=hedThreadPool();

Executor框架虽然提供了如newFixedThreadPool()、newSingleThreadExecutor()、newCachedThreadPool()、newScheduledThreadPool()等创建线程池的⽅法，但都有其局限

性，不够灵活。

上⾯的⼏种⽅式点进去会发现，都是⽤ThreadPoolExecutor进⾏创建的：

newSingleThreadExecutor字⾯意思简单线程执⾏器。

newFixedThreadPool字⾯意思固定的线程池，传参就是线程固定数⽬，适⽤于执⾏长期任务的场景。

newCachedThreadPool字⾯意思缓存线程池，核⼼线程0，最⼤线程⾮常⼤，动态创建的特点。

newScheduledThreadPool字⾯意思时间安排线程池，指定核⼼线程数。

newSingleThreadScheduledExecutor字⾯意思单线程安排执⾏器，也就是基于只有⼀个核⼼线程的执⾏器之外，⼜可以扩展。其中⼜⽤DelegatedExecutorService委托执⾏器服务进

⾏了包装。

可以看到，上⾯直接⽤Executors⼯具类默认的⼀些实现new出来的线程池都是⽤的ThreadPoolExecutor线程执⾏器这个类进⾏构造的，不过参数不同，导致了效果的侧重点不

同。

因此，⾃⼰创建线程池推荐的⽅法就是，直接使⽤ThreadPoolExecutor进⾏个性化的创建：

构造⽅法种的参数有7个：

corePoolSize：线程池维护线程的最少数量（core:核⼼）

maximumPoolSize：线程池维护线程的最⼤数量，显然必须>=1

keepAliveTime：线程池维护的多余的线程所允许的空闲时间，最长可以空闲多久，时间到了，如果超过corePoolSize的线程⼀直空闲，他们就会被销毁。

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，已经提交但是没有执⾏的任务会放进这⾥

threadFactory：⽣成线程池种⼯作线程的线程⼯⼚，⼀般使⽤默认

handler：线程池对拒绝任务的处理策略，当队列满且⼯作线程已经达到maximumPoolSize。

阿⾥的java开发⼿册，强制要求，通过ThreadPoolExecutor来⾃定义，不能使⽤内置的，避免资源耗尽。这个很好理解，1的类型就只有⼀个核⼼线程和最⼤现场，2没有扩展

性，3、4、5的最⼤线程数太⼤，内存会爆炸。

1.3线程池使⽤⽅法

这⾥我们⽤固定线程池来测试，传⼊核⼼线程数为5，最⼤数量⾃然就也是5，

publicstaticvoidmain(String[]args){

ExecutorServicethreadPool=edThreadPool(5);

try{

//模拟10个顾客办理业务

for(inti=0;i<10;i++){

//execute执⾏⽅法，传⼊参数为实现了Runnable接⼝的类

e(()->{

n(tThread().getName()+"号线程办理业务");

});

}

}catch(Exceptione){

tackTrace();

}finally{

wn();

}

}

其中，execute⽅法就是将任务提交的⽅法，我们⽤lambda表达式给execute⽅法传⼊了参数，实际上相当于⼀个完整的实现了Runnable接⼝的类。

执⾏结果：

可以看到，我们循环了10次，执⾏任务，但是线程只⽤到了1-5，其中有多次复⽤。

再⽐如，我们按照各种类型的线程池，⾃⼰定义⼀个线程池，核⼼线程数2，最⼤线程数5，阻塞队列长度为3：

publicstaticvoidmain(String[]args){

ExecutorServicethreadPool=newThreadPoolExecutor(

2,

5,

2L,

S,

newLinkedBlockingDeque<>(3),

tThreadFactory(),

olicy()

);

try{

//模拟10个顾客办理业务

for(inti=0;i<10;i++){

//execute执⾏⽅法，传⼊参数为实现了Runnable接⼝的类

e(()->{

n(tThread().getName()+"号线程办理业务");

});

}

}catch(Exceptione){

tackTrace();

}finally{

wn();

}

}

同样10个线程，执⾏起来：

可以看到，执⾏了8个任务后，就抛出了异常，说明执⾏了拒绝策略。

上⾯两个⽰例，我们的任务本⾝都是没有返回值的，如果创建的任务本⾝需要有返回值就需要实现Callable接⼝，然后搭配FutureTask来传⼊任务，那

么线程池就应该调⽤submit⽅法⽽不是execute。

⼆、线程池底层原理

2.1线程池执⾏逻辑

处理的流程核⼼就execute()⽅法，他接收⼀个实现了Runnable接⼝的任务，决定对这个任务的处理策略。

下图是⼀个⽐较形象的策略流程：

可能的情况有四种，也就是图中的1234：

如果线程池中的线程数量少于corePoolSize，就创建新的核⼼线程来执⾏新添加的任务

如果线程池中的线程数量⼤于等于corePoolSize，但队列workQueue未满，则将新添加的任务放到队列workQueue中

如果线程池中的线程数量⼤于等于corePoolSize，且队列workQueue已满，但线程池中的线程数量⼩于maximumPoolSize，则会创建新的⾮核⼼线程来处理被添加的任务

如果线程池中的线程数量等于了maximumPoolSize，就⽤RejectedExecutionHandler来执⾏拒绝策略。会抛出异常，⼀般的拒绝策略是RejectedExecutionException

注意，执⾏的顺序，在java⾥有⼀个不合理的地⽅：

在池⾥安排任务的时候，我们的核⼼线程，队列，⾮核⼼线程⾥⾯排的任务顺序应该是123；

但是真正实现上，如果三个都满了，开始执⾏的时候，依次执⾏的顺序却是核⼼线程，⾮核⼼线程，队列。也就是执⾏顺序会变成132

2.2拒绝策略

有些时候，我们并不希望拒绝策略是直接抛出异常，那么jdk⾥⾯提供的默认拒绝策略有4种，他们体现在代码中就是ThreadPoolExecutor的四个静态内部类：

2.2.1CallerRunsPolicy：调⽤者运⾏策略。

这种策略不会抛弃任务，也不抛出异常，⽽是将某些任务回退给调⽤者，从⽽降低新任务的流量。

实现⾮常简单，那就是如果说e这个线程池已经shutdown了，那么就什么也不⼲，也就是这个任务直接丢了；否则，()，相当于调⽤这个⽅法的线程⾥直接执⾏了这个

Runnable任务。

此时我们可以把1.3⾥的代码修改⼀下，只修改策略为CallerRunsPolicy：

可以看到，有些任务会在main线程⾥处理。

2.2.2AbortPolicy：终⽌策略。

抛异常。前⾯已经试过了，这个是默认的拒绝策略。

2.2.3DiscardPolicy：丢弃任务。

可以看到，源码⾥就是是什么也不做。如果场景中允许任务丢失，这个是最好的策略。

2.2.4DiscardOldestPolicy：抛弃队列中等待最久的任务。

抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前的任务加⼊队列中，尝试再次提交当前任务。

源码⾥也就是利⽤队列操作，进⾏⼀次出队操作，然后重新调⽤execute⽅法。

2.3线程池的五种状态

和⼀个正常的线程的⽣命周期区别开，这个是线程池⾥线程的状态。

Running，能接受新任务以及处理已添加的任务；

Shutdown，不接受新任务，可以处理已经添加的任务，也就是不能再调⽤execute或者submit了；

Stop，不接受新任务，不处理已经添加的任务，并且中断正在处理的任务；

Tidying，所有的任务已经终⽌，CTL记录的任务数量为0，CTL负责记录线程池的运⾏状态与活动线程数量；

Terminated，线程池彻底终⽌，则线程池转变为terminated的状态。

如图所⽰，从running状态转换为shutdown，调⽤shutdown()⽅法；如果调⽤shutdownNow()⽅法，就直接会变成stop。

terminated()是钩⼦函数，默认是什么也不做的，我们可以重写，然后决定结束之前要做⼀些别的处理逻辑。这个钩⼦函数，就是模板模式的⽅法。

三、阻塞队列

线程池⾥的BlockingQueue，阻塞队列，事实上在消费者⽣产者问题⾥的管程法实现，我们的策略也是类似阻塞队列的，⽤它来做⼀个缓存池的作⽤。

阻塞队列：任意时刻，不管并发有多⾼，永远保证只有⼀个线程能够进⾏队列的⼊队或出队操作。也就意味着他是能够保证线程安全的。

另外，阻塞队列分为有界和⽆界队列，理论上来说⼀个是队列的size有固定，另⼀个是⽆界的。对于有界队列来说，如果队列存满，只能出队了，⼊队操作就只能阻塞。

在juc包⾥，阻塞队列的实现有很多：

ArrayBlockingQueue：有界阻塞队列；

LinkedBlockingQueue：链表结构（⼤⼩默认值为_VALUE）的阻塞队列；

PriorityBlockingQueue：⽀持优先级排序的⽆界阻塞队列；

DelayQueue：使⽤优先级队列实现的延迟⽆界阻塞队列；

SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，相当于只有⼀个元素；

LinkedTransferQueue：链表组成的⽆界阻塞队列；

LinkedBlockingDeque：链表组成的双向阻塞队列。

对于BlockingQueue来说，核⼼操作主要有⼏类：插⼊、删除、查找。

其中的四种异常策略：

抛异常：如果阻塞队列满，再往队列⾥add插⼊元素会抛IllegalStateException：Queuefull，如果阻塞队列空，再remove就会抛NoSuchElementException。

特殊值：offer⽅法：成功true，失败fal，poll⽅法，成功就返回元素，没有就返回null。

阻塞：阻塞队列满的时候，⽣产者线程继续put元素，队列就会阻塞直到可以put数据或者响应中断然后退出，阻塞队列空的时候，消费者线程继续take元素，队列就会⼀直阻塞

直到有元素可以take。

超时退出：阻塞队列满的时候，会阻塞⽣产者线程且超时退出，空的时候会阻塞消费者线程且超时退出。

那么使⽤的时候，增删的⽅法按对应的同⼀组使⽤⽐较合理。（其实这个策略的设计对应的在单线程集合⾥也有，那就是Deque接⼝的实现类LinkedList使⽤的时候，不同的增删⽅

法策略不同）