Java 线程池详解

本文部分摘自《Java 并发编程的艺术》

概述Java 中的线程池是运行场景最多的并发框架，合理使用线程池能够带来三个好处：

降低资源消耗。通过重复利用已有的线程降低线程创建和销毁造成的消耗
提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行
提高线程可管理性。线程是稀缺资源，使用线程池进行统一分配、调优和监控，可以降低资源消耗，提高系统稳定性

线程池的实现原理

文章插图
从图中可以看到，当提交一个新任务到线程池时，线程池的处理流程如下：

线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务，如果不是，创建一个新的工作线程执行任务，否则进入下一流程
线程池判断工作队列是否已满，如果工作队列没有满，将新提交的任务存储在工作队列中，否则进入下一流程
线程池判断线程池里的线程是否都处于工作状态，如果没有，创建一个新的工作线程执行任务，否则交给饱和策略来处理这个任务

使用线程池1. 创建线程池我们可以通过 ThreadPoolExecutor 来创建一个线程池
new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, handler);创建一个线程需要输入几个参数，如下：

corePoolSize（线程池的基本大小）
当提交一个任务到线程池时，线程池会创建一个线程来执行任务，即时其他空闲的基本线程能够执行新任务也会创建线程，等到需要执行的任务数大于线程池基本大小时就不再创建
maximumPoolSize（线程池最大数量）
线程池允许创建的最大线程数，如果队列满了，并且已创建的线程数小于最大线程数，则线程池会再创建新的线程执行任务。值得注意的是，如果使用无界阻塞队列做任务队列，则这个参数没有什么效果
keepAliveTime（线程活动保持时间）
线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间。如果任务很多，并且每个任务的执行时间都比较短，可以调大时间，提高线程利用率
unit（线程保持活动时间的单位）
可选的单位有天（DAYS）、小时（HOURS）、分钟（MINUTES）、毫秒（MILLISECONDS）、微妙（MICROSECONDS）和纳秒（NANOSECONDS）
workQueue（任务队列）
用于保存等到执行的任务的阻塞队列，可以选择以下几个阻塞队列：
- ArrayBlockingQueue
  是一个基于数组结构的有界阻塞队列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序
- LinkedBlockingQueue
  一个基于链表结构的阻塞队列，此队列按 FIFO 排序元素，吞吐量通常高于 ArrayBlockingQueue
- SynchronousQueue
  一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一致处于阻塞状态，吞吐量通常要高于 LinkedBlockingQueue
- PriorityBlockingQueue
  一个具有优先级的无界阻塞队列
threadFactory
用于设置创建线程的工厂，可以通过线程工厂给每个创建出来的线程设置更有意义的名字
handler（饱和策略）
当任务和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，必须采取一种策略处理提交的新任务。在 JDK5 中线程池框架提供了以下四种策略：
- AbortPolicy：直接抛出异常，默认采取这种策略
- CallerRunsPolicy：使用调用者所在线程来运行任务
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列最近的一个任务，并执行当前任务
- DiscardPolicy：不处理，丢弃掉
也可以根据需要实现 RejectedExecutionHandler 接口自定义策略

2. 向线程池提交任务可以使用 execute() 和 submit() 方法向线程池提交任务

execute() 方法用于提交不需要返回值的任务，所以无法判断任务是否被线程池执行成功
threadsPool.execute(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//...}})
submit() 方法用于提交需要返回值的任务，线程池会返回一个 future 对象，通过这个对象可以判断任务是否执行成功
Future<Object> future = executor.submit(hasReturnValueTask);try {Object s = future.get();} catch(InterruptedException e) {// 处理中断异常} catch(ExecutionException e) {// 处理无法执行任务异常} finally {// 关闭线程池executor.shutdown();}

3. 关闭线程池可以通过调用线程池的 shutdown 或 shutdownNow 方法来关闭线程池，它们的原理是遍历线程池中的工作线程，逐个调用线程的 interrupt 方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止
shutdown 方法和 shutdownNow 方法存在一定的区别：

shutdownNow 方法首先将线程池状态设置成 STOP，然后尝试停止所有正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表
shutdown 方法只是将线程池状态设置成 SHUTDOWN 状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程

只要调用了这两个关闭方法中的任意一个，isShutdown 方法就会返回 true，当所有任务都已关闭，才表示线程池关闭成功，这时调用 isTerminaed 方法会返回 true 。至于应该采用哪种方法关闭线程池，应该由提交到线程池的任务特性决定，通常调用 shutdown 方法关闭线程池，如果任务不一定要执行完成，可以调用 shutdownNow 方法

基于线程池技术的简单 Web 服务器目前的浏览器都支持多线程访问，比如请求一个页面的时候，页面包含的图片等静态资源会被浏览器并发的获取。如果 Web 服务器是单线程的，按顺序处理发送过来的请求，无疑会影响用户体验，因此大部分 Web 服务器都支持并发访问
下面使用线程池来构造一个简单的 Web 服务器，这个 Web 服务器用来处理 HTTP 请求，目前只能处理简单的文本和图片内容。该 Web 服务器使用 main 线程不断接受客户端的 Socket 连接，将连接以及请求提交给线程池处理，这样使得 Web 服务器能同时处理多个客户端的请求
【Java 线程池详解】

public class SimpleHttpServer {static ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 60L,TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(),Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());static ServerSocket serverSocket;static int port = 8080;public static void setPort(int port) {if (port > 0) {SimpleHttpServer.port = port;}}/*** 启动 SimpleHttpServer*/public static void start() throws Exception {serverSocket = new ServerSocket(port);Socket socket = null;while ((socket = serverSocket.accept()) != null) {// 接收一个客户端Socket，生成一个HttpRequestHandler，放入线程池执行threadPool.execute(new HttpRequestHandler(socket));}serverSocket.close();}static class HttpRequestHandler implements Runnable {private Socket socket;public HttpRequestHandler(Socket socket) {this.socket = socket;}@Overridepublic void run() {String line;BufferedReader br = null;BufferedReader reader = null;PrintWriter out = null;InputStream in = null;try {reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));String header = reader.readLine();// 计算绝对路径String filePath = SimpleHttpServer.class.getResource(header.split(" ")[1]).getPath();out = new PrintWriter(socket.getOutputStream());// 如果请求资源的后缀为 jpg 或 ico，则读取资源并输出if (filePath.endsWith("jpg") || filePath.endsWith("ico")) {in = new FileInputStream(filePath);ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();int i;while ((i = in.read()) != -1) {baos.write(i);}byte[] array = baos.toByteArray();out.println("HTTP/1.1 200 OK");out.println("Server: YeeQ");out.println("Content-Type: image/jpeg");out.println("Content-Length: " + array.length);out.println("");socket.getOutputStream().write(array, 0, array.length);} else {br = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream(filePath)));out = new PrintWriter(socket.getOutputStream());out.println("HTTP/1.1 200 OK");out.println("Server: YeeQ");out.println("Content-Type: text/html; charset=UTF-8");out.println("");while ((line = br.readLine()) != null) {out.println(line);}}out.flush();} catch (Exception e) {if (out != null) {out.println("HTTP/1.1 500");out.println("");out.flush();}} finally {close(br, in, reader, out, socket);}}}/*** 关闭流或者socket*/private static void close(Closeable... closeables) {if (closeables != null) {for (Closeable closeable : closeables) {if (closeable != null) {try {closeable.close();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}}}public static void main(String[] args) throws Exception {SimpleHttpServer.start();}}