Java并发编程之六：线程池ThreadPoolExecutor构造方法和规则

迷南。 2022-04-10 07:20 159阅读 0赞

## **为什么用线程池** ##

有时候，系统需要处理非常多的执行时间很短的请求，如果每一个请求都开启一个新线程的话，系统就要不断的进行线程的创建和销毁，有时花在创建和销毁线程上的时间会比线程真正执行的时间还长。而且当线程数量太多时，系统不一定能受得了。

使用线程池主要为了解决一下几个问题：

通过重用线程池中的线程，来减少每个线程创建和销毁的性能开销。   
   对线程进行一些维护和管理，比如定时开始，周期执行，并发数控制等等。

Executor

Executor是一个接口，跟线程池有关的基本都要跟他打交道。下面是常用的ThreadPoolExecutor的关系。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhaWR1XzQxNjY5OTE5_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

Executor接口很简单，只有一个execute方法。  
ExecutorService是Executor的子接口，增加了一些常用的对线程的控制方法，之后使用线程池主要也是使用这些方法。AbstractExecutorService是一个抽象类。ThreadPoolExecutor就是实现了这个类。

ThreadPoolExecutor  
构造方法  
ThreadPoolExecutor是线程池的真正实现，他通过构造方法的一系列参数，来构成不同配置的线程池。常用的构造方法有下面四个：

![20181228162926402.png][]

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

构造方法参数说明  
corePoolSize  
                     核心线程数，默认情况下核心线程会一直存活，即使处于闲置状态也不会受存keepAliveTime限制。除非将allowCoreThreadTimeOut设置为true。  
maximumPoolSize  
                    线程池所能容纳的最大线程数。超过这个数的线程将被阻塞。当任务队列为没有设置大小的LinkedBlockingDeque时，这个值无效。  
keepAliveTime  
                   非核心线程的闲置超时时间，超过这个时间就会被回收。  
unit  
                   指定keepAliveTime的单位，如TimeUnit.SECONDS。当将allowCoreThreadTimeOut设置为true时对corePoolSize生效。  
workQueue  
                   线程池中的任务队列.  
                   常用的有四种队列，SynchronousQueue,    LinkedBlockingDeque,   ArrayBlockingQueue,   PriorityBlockingQueue。                    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 （先进先出） 排序元素，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue。静态工厂方法Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列  
                   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，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用了这个队列。  
                   PriorityBlockingQueue：一个具有优先级的无限阻塞队列

线程工厂，提供创建新线程的功能。ThreadFactory是一个接口，只有一个方法

public interface ThreadFactory {
      Thread newThread(Runnable r);
    }

通过线程工厂可以对线程的一些属性进行定制。

默认的工厂：通过线程工厂可以对线程的一些属性进行定制。

默认的工厂

static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {
      private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
      private final ThreadGroup group;
      private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
      private final String namePrefix;
    
      DefaultThreadFactory() {
          SecurityManager var1 = System.getSecurityManager();
          this.group = var1 != null?var1.getThreadGroup():Thread.currentThread().getThreadGroup();
          this.namePrefix = "pool-" + poolNumber.getAndIncrement() + "-thread-";
      }
    
      public Thread newThread(Runnable var1) {
          Thread var2 = new Thread(this.group, var1, this.namePrefix + this.threadNumber.getAndIncrement(), 0L);
          if(var2.isDaemon()) {
              var2.setDaemon(false);
          }
    
          if(var2.getPriority() != 5) {
              var2.setPriority(5);
          }
    
          return var2;
      }
    }

RejectedExecutionHandler

RejectedExecutionHandler也是一个接口，只有一个方法

public interface RejectedExecutionHandler {
      void rejectedExecution(Runnable var1, ThreadPoolExecutor var2);
    }

当线程池中的资源已经全部使用，添加新线程被拒绝时，会调用RejectedExecutionHandler的rejectedExecution方法。

RejectedExecutionHandler（饱和策略）：当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采取一种策略处理提交的新任务。这个策略默认情况下是AbortPolicy，表示无法处理新任务时抛出异常。以下是JDK1.5提供的四种策略。

AbortPolicy：直接抛出异常。  
              CallerRunsPolicy：只用调用者所在线程来运行任务。  
              DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最近的一个任务，并执行当前任务。  
              DiscardPolicy：不处理，丢弃掉。  
也可以根据应用场景需要来实现RejectedExecutionHandler接口自定义策略。如记录日志或持久化不能处理的任务。  
用法: new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()

## **线程池规则** ##

线程池的线程执行规则跟任务队列有很大的关系。  
·下面都假设任务队列没有大小限制：  
                1.如果线程数量<=核心线程数量，那么直接启动一个核心线程来执行任务，不会放入队列中。  
                2.如果线程数量>核心线程数，但<=最大线程数，并且任务队列是LinkedBlockingDeque的时候，超过核心线程数量的任务会放在任务队列中排队。  
                3.如果线程数量>核心线程数，但<=最大线程数，并且任务队列是SynchronousQueue的时候，线程池会创建新线程执行任务，这些任务也不会被放在任务队列中。这些线程属于非核心线程，在任务完成后，闲置时间达到了超时时间就会被清除。  
                4.如果线程数量>核心线程数，并且>最大线程数，当任务队列是LinkedBlockingDeque，会将超过核心线程的任务放在任务队列中排队。也就是当任务队列是LinkedBlockingDeque并且没有大小限制时，线程池的最大线程数设置是无效的，他的线程数最多不会超过核心线程数。  
                 5.如果线程数量>核心线程数，并且>最大线程数，当任务队列是SynchronousQueue的时候，会因为线程池拒绝添加任务而抛出异常。  
· 任务队列大小有限时  
               1.当LinkedBlockingDeque塞满时，新增的任务会直接创建新线程来执行，当创建的线程数量超过最大线程数量时会抛异常。  
               2.SynchronousQueue没有数量限制。因为他根本不保持这些任务，而是直接交给线程池去执行。当任务数量超过最大线程数时会直接抛异常。

## **规则验证** ##

### **前提** ###

所有的任务都是下面这样的，睡眠两秒后打印一行日志：

Runnable myRunnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(2000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " run");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    };

所有验证过程都是下面这样，先执行三个，再执行三个，8秒后，各看一次信息

executor.execute(myRunnable);
    executor.execute(myRunnable);
    executor.execute(myRunnable);
    System.out.println("---先开三个---");
    System.out.println("核心线程数" + executor.getCorePoolSize());
    System.out.println("线程池数" + executor.getPoolSize());
    System.out.println("队列任务数" + executor.getQueue().size());
    executor.execute(myRunnable);
    executor.execute(myRunnable);
    executor.execute(myRunnable);
    System.out.println("---再开三个---");
    System.out.println("核心线程数" + executor.getCorePoolSize());
    System.out.println("线程池数" + executor.getPoolSize());
    System.out.println("队列任务数" + executor.getQueue().size());
    Thread.sleep(8000);
    System.out.println("----8秒之后----");
    System.out.println("核心线程数" + executor.getCorePoolSize());
    System.out.println("线程池数" + executor.getPoolSize());
    System.out.println("队列任务数" + executor.getQueue().size());

### **验证1** ###

核心线程数为6，最大线程数为10。超时时间为5秒

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(6, 10, 5, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());

---先开三个---
    核心线程数6
    线程池线程数3
    队列任务数0
    ---再开三个---
    核心线程数6
    线程池线程数6
    队列任务数0
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-6 run
    pool-1-thread-5 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-4 run
    pool-1-thread-2 run
    ----8秒之后----
    核心线程数6
    线程池线程数6
    队列任务数0

可以看到每个任务都是是直接启动一个核心线程来执行任务，一共创建了6个线程，不会放入队列中。8秒后线程池还是6个线程，核心线程默认情况下不会被回收，不受超时时间限制。

### **验证2** ###

核心线程数为3，最大线程数为6。超时时间为5秒,队列是LinkedBlockingDeque

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>());

---先开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0
    ---再开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数3
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-2 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-2 run
    ----8秒之后----
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0

当任务数超过核心线程数时，会将超出的任务放在队列中，只会创建3个线程重复利用。

**验证3**

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 6, 5, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());

核心线程数为3，最大线程数为6。超时时间为5秒,队列是SynchronousQueue

---先开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0
    ---再开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数6
    队列任务数0
    pool-1-thread-2 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-6 run
    pool-1-thread-4 run
    pool-1-thread-5 run
    pool-1-thread-1 run
    ----8秒之后----
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0

当队列是SynchronousQueue时，超出核心线程的任务会创建新的线程来执行，看到一共有6个线程。但是这些线程是非核心线程，受超时时间限制，在任务完成后限制超过5秒就会被回收。所以最后看到线程池还是只有三个线程。

### **验证4** ###

核心线程数是3，最大线程数是4，队列是LinkedBlockingDeque

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>());

LinkedBlockingDeque根本不受最大线程数影响。  
但是当LinkedBlockingDeque有大小限制时就会受最大线程数影响了  
4.1 比如下面，将队列大小设置为2.

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>(2));

---先开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0
    ---再开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数4
    队列任务数2
    pool-1-thread-2 run
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-4 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-2 run
    ----8秒之后----
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0

首先为三个任务开启了三个核心线程1，2，3，然后第四个任务和第五个任务加入到队列中，第六个任务因为队列满了，就直接创建一个新线程4，这是一共有四个线程，没有超过最大线程数。8秒后，非核心线程收超时时间影响回收了，因此线程池只剩3个线程了。

4.2 将队列大小设置为1

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<Runnable>(1));

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task com.sunlinlin.threaddemo.Main$1@677327b6 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@14ae5a5[Running, pool size = 4, active threads = 4, queued tasks = 1, completed tasks = 0]
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
        at com.sunlinlin.threaddemo.Main.main(Main.java:35)
        at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
        at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
        at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
        at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:147)
    ---先开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0
    pool-1-thread-1 run
    pool-1-thread-2 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-4 run
    pool-1-thread-1 run

直接出错在第6个execute方法上。因为核心线程是3个，当加入第四个任务的时候，就把第四个放在队列中。加入第五个任务时，因为队列满了，就创建新线程执行，创建了线程4。当加入第六个线程时，也会尝试创建线程，但是因为已经达到了线程池最大线程数，所以直接抛异常了。

### **验证5** ###

核心线程数是3 ，最大线程数是4，队列是SynchronousQueue

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(3, 4, 5, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>());

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task com.sunlinlin.threaddemo.Main$1@14ae5a5 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@7f31245a[Running, pool size = 4, active threads = 4, queued tasks = 0, completed tasks = 0]
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)
        at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)
        at com.sunlinlin.threaddemo.Main.main(Main.java:34)
        at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
        at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
        at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
        at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
        at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:147)
    ---先开三个---
    核心线程数3
    线程池线程数3
    队列任务数0
    pool-1-thread-2 run
    pool-1-thread-3 run
    pool-1-thread-4 run
    pool-1-thread-1 run

这次在添加第五个任务时就报错了，因为SynchronousQueue队列不保存任务，收到一个任务就去创建新线程。所以第五个就会抛异常了。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2JhaWR1XzQxNjY5OTE5_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220402/de1e2754408a4e9caf229d6e7a70283e.png
[20181228162926402.png]: /images/20220402/41c09aec711149dc90cd954459081efc.png