线程池参数的意义及配置、线程池基本概念

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线程池的概念和工作机制

概念：首先系统空闲时在创建大量线程，这些线程的集合成为线程池。线程的生老病死都由线程池来决定。
工作机制：当有任务到来时，提交给线程池，由线程池来指定线程执行任务。线程池会在内部寻找是否有可以执行任务的线程。任务执行完成后，线程不会被销毁，而是进入空闲状态。一个线程一个时刻只能执行一个任务，但是却可以向线程池提交多个任务（只不过后来的任务可能需要等待）。

为什么要使用线程池(好处)？

降低资源的消耗：线程在创建和销毁时都是很耗费资源和时间的，我们希望通过一种机制，可以避免频繁地创建和销毁线程。
提高响应速度：因为线程池中的线程大部分是事先系统在空闲时创建的，所以当有任务到来的时候，可以直接使用已有线程，而不用去创建。任务一来就可以直接执行。
控制线程的并发数量：当线程的数目非常多时，我们就需要考虑高并发带来的一系列问题。多个线程可能因为争夺资源而使系统崩溃，运用多线程可以有效的控制线程的数目。
提高线程的可管理性：可以对某些线程设定延时执行（DelayQueue)、或者循环执行等策略。

线程复用；控制最大并发数；管理线程

线程池ThreadPoolExecutor

// 先看一条创建线程池的语句
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(5);

在这里需要提到几个接口和类：Executor, ExecutorService, Executors, ThreadPoolExecutor
关于这几个接口和类，这里有篇文章讲得更详细:传送门

Executor：理解为执行器，内部只要一个执行方法 execute(Runnable command)。是线程池的一个核心接口。
ExecutorService：继承了Executor，并做了拓展，增加了一堆供程序员开发用的api，所以你用起ExectorService才会那么舒服，其次，它还增加了对线程池生命周期的概念，一个线程池的声明周期有三种状态：运行、关闭和终止。
Executors：是一个用来创建线程池的工具类（像Collections类的存在），其返回的线程池都是实现了ExecutorService接口。
ThreadPoolExecutor：该类继承AbstractExecutorService抽象类，实现了ExecutorService接口，内部维护着一个线程池。一般我们只需要通过这个类的构造函数来配置线程池就好了。
ThreadPoolExecutor这是学习多线程的开头，通过学习该类的参数，来慢慢理解线程池内部的结构。

通过ThreadPoolExecutor的构造函数看参数

// 1.
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUtil util,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)
// 2.
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUtil unit，
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)
// 3.
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUtil util,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler)
// 4.
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUtil util,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

参数虽然多，但是确实必须理解的，而且其中有两种是不用去理会的
这里有简单版的
corePoolSize 为线程池的基本大小。
maximumPoolSize 为线程池最大线程大小。
keepAliveTime 和 unit 则是线程空闲后的存活时间。
workQueue 用于存放任务的阻塞队列。
handler 当队列和最大线程池都满了之后的饱和策略。

corePoolSize：核心线程的最大数目。
- 核心线程：当线程池在新建线程时，如果当前池内的线程数小于 corePoolSize，那么创建出来的就是核心线程。
- 核心线程默认情况下会一直存在于线程池中，即使这个线程一直不做事。不过我们可以通过ThreadPoolExecutor的allowCoreThreadTimeOut属性，设置其为true，那么线程池就会去回收长时间不做事的线程了。
maximumPoolSize
- 线程池中的最大线程数目 = 核心线程数 + 非核心线程数。
keepAliveTime
- 该线程池中，非核心线程的闲置时间，超时销毁。
TimeUtil util
- keepAliveTime 的单位，TimeUtil 是一个枚举类型，包括了
1. NANOSECONDS：微毫秒
2. MICROSECONDS：微秒
3. MILLISECONDS：毫秒
4. SECONDS：秒
5. MINUTES：分钟
6. HOURS：小时
7. DAYS：天
BlockingQueue
- 任务队列，就是我们提交的任务，里面都是等待被执行的Runnable对象。
- 当核心线程都在忙的时候，新提交的任务就会被放在队列里等待被执行。如果队列满了，那么就开始创建非核心线程执行任务。
- 常见的队列类型
  - SynchronousQueue：这个队列拿到新的任务之后，会直接提交给线程处理，不会保留任务。如果所有的线程都在工作，那么线程池就创建一个新的线程。但是我们知道**maximumPoolSize就是用来限制线程的数目的。如果超过这个值，就会报错**，所以使用这种队列的时候，可以把maximumPoolSize设置为 Integer.MAX_VALUE，即无限大。
  - LinkedBlockingQueue：这个队列接受到任务时，如果当前线程数小于核心数目，则会创建新的线程。如果线程数目已经达到核心线程的数目，那么新来的任务就会放入队列中。这意味着什么？意味着线程的总数目永远都是 <= 核心线程数目，那么，maximumPoolSize 这个属性就相当于废掉了。
  - ArrayBlockingQueue：可以限定队列的长度，接收到任务的时候，如果线程的数目，没有达到corePoolSize，就新建核心线程执行任务。如果线程数目达到了corePoolSize时，还有新任务，新来的任务就进入队列，当队列满了，再创建非核心线程帮忙执行任务。如果队列满了，线程数目又达到了maximumPoolSize，怎么办呢？这就是涉及到后面的拒绝策略了。
  - DelayQueue：队列内的元素必须实现Delayed接口，这意味着你传进去的任务必须先实现Delayed接口。这个队列接收到新任务时，首先进入队列，然后只有达到制定的延时时间，才会执行任务。(这里有篇讲DelayQueue的文章：传送门)
ThreadFactory
- 创建线程的方式，这是一个接口，你new他的时候需要实现他的Thread newThread(Runnable r)方法，可以设置线程的一些属性，比如是否是守护线程、线程名称的前缀、线程优先级等。
RejectedExecutionHandler
- 简单讲，用来抛异常的。比如当遇到上面两种错误：ArrayBlockingQueue队满，线程数目也到顶时，就要报错；SynchronousQueue那里，线程数目达到maximumPoolSize而引发的错误。就由handler抛异常。

如何添加任务进入线程池？

// execute只支持Runnable参数，并且没有返回值
void execute(Runnable command);
// submit 可以支持Runnable也可以支持Callable，并且有返回值
<T> Future<T> submit(Callable<T> callable);
<T> Future<T> submit(Runnable command, T result);
Future<?> submit(Runnable task);

常用线程池

一般来讲，Executors提供的线程池已经够用了，如果实在没有符合自己要求的，那么可以自己配置。

而且需要注意 Executors 提供的线程池的阻塞队列，在 new 的时候，capacity 使用的是 Integer.MAX_VALUE。

Java通过Executors提供四种线程池，这几个线程池都是直接或者间接通过配置ThreadPoolExecutor的参数实现的。

FixedThreadPool

定长线程池，创建时声明最大的线程数目。超出的线程会在队列中等待。
适合执行长期任务，性能好很多。
创建方法，两种。一般第一种用法就够了

// nThreads：最大线程数目，即 maximumPoolSize
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(nthread);
// threadFactory 创建线程的方法
ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(nthread, threadFactory);

// ExecutorService 源码
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

可以注意到 corePoolSize 和 maximumPoolSize 的值是相等的，使用的是 LinkedBlockingQueue

CachedThreadPool

可缓存线程池，线程数目无限制，有空闲线程则复用，没有就创建新的线程。（数目不限，有闲则用，无闲新建）。但是如果空闲太久，线程池又会自动地销毁空闲线程。
一定程度减少了频繁创建/销毁线程的花销。
适合执行很多短期异步的小程序或者负载较轻的任务。
创建方法

ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();

// ThreadPoolExecutor 源码
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

maximumPoolSize = Integer.MAX_VALUE
这里用的是SynchronousQueue队列，这个队列最终是不存储任何元素的。对于每个put/offer操作,必须等待一个take/poll操作。当线程空闲超过60秒，就销毁线程。

ScheduleThreadPool

支持定时任务及周期性任务执行
创建方法

ExecutorService service = Executors.newScheduleThreadPool(corePoolSize);

// ThreadPoolExecutor源码
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

//ScheduledThreadPoolExecutor():
public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE,
          DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS, MILLISECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

使用的是DelayQueue队列
maximumPoolSize =Integer.MAX_VALUEDEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS` 默认是 10L，这里是10s

SingleThreadExecutor

单线程的线程池，有且只有一个线程在执行任务。所有任务按照入队的顺序来执行，先来先服务
创建方法

ExecutorService singleThreadPool = Executors.newSingleThreadPool();

// ThreadPoolExecutor源码
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

LinkedBlockingQueue 队列

如何关闭线程池

线程池有创建，那么也需要有关闭。
ExecutorService提供了两个方法来关闭线程池

shutdown():执行后停止接受新任务，会把队列中的任务执行完毕。
shutdownNow()：也是停止接受新任务，但会终端所有的任务，将线程池的状态变为stop。

        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i <= 5; i++) {
            pool.execute(new Job());
        }

        pool.shutdown();

        while (!pool.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS)) {
            LOGGER.info("线程还在执行。。。");
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        LOGGER.info("一共处理了【{}】", (end - start));

pool.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS) 会每隔一秒钟检查一次是否执行完毕（状态为 TERMINATED），当从 while 循环退出时就表明线程池已经完全终止了。

那我使用完线程池，不想关闭线程池的话，该如何处理？

很多时候，我们需要等待一个其他的多个线程跑完再继续我们当前线程的任务。比如开启多个任务去FTP多个目录下载图片时，我们使用多线程，一条线程处理一个目录。这样当我们下载完所有的图片后，我们打印一句日志。

    @Override
    public void downloadImage() throws Exception{
        List<String> paths = Arrays.asList("path1", "path2");
        // 任务列表
        List<Future<String>> taskList = new ArrayList<>(paths.size());

        // 遍历违法类型配置信息，开启多线程从 ftp 下载图片
        try{
            for(String path : paths){
                taskList.add(executorService.submit(() -> {
                    log.info(">>>>>>开始下载图片, path: {}<<<<<<", path);
                    downloadImageFromFtp(path);
                    // 处理完成后把路径返回
                    return path;
                }));
            }
            // 阻塞当前线程，直到任务都完成
            for(Future<String> future: taskList){
                // future.get() 获取路径的名称
                // get() 方法会导致当前线程阻塞
                log.info(">>>>>>{}违法类型下载图片图片结束", future.get());
            }
        }catch (RejectedExecutionException e){
            log.error("添加ftp下载任务异常" + e.getMessage(), e);
        }
    }

线程池的拒绝策略

当线程池中的任务缓存队列已满，并且线程池中的线程数目达到最大线程数量，如果还有任务要到来，就要采用拒绝策略，通常有以下四种：

AbortPolicy：直接抛出 RejectedExecutionException 异常并阻止系统正常运行。
CallerRunsPolicy：“调用者运行”机制，该策略既不会抛弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者，由调用者来完成任务。
DiscardOldestPolicy：抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加入队列中尝试再次提交当前任务。
DiscarePolicy：直接丢弃任务，不予任何处理也不抛出异常。如果允许任务丢失，这是最好的一种方案。

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