前提 java version "1.8.0_25" 池簡述 軟體開發活動中，我們經常會聽到資料庫連接池、記憶體池、線程池等各種“池”概念，這些“池”到底是什麼東西呢？程式的世界里，我們可以將池簡單的理解為一種容器類數據結構，比如列表。程式處理信息的過程中，可能會依賴某些資源或者對象(暫且統一稱之為對 ...
前提
java version "1.8.0_25"
池簡述
軟體開發活動中，我們經常會聽到資料庫連接池、記憶體池、線程池等各種“池”概念，這些“池”到底是什麼東西呢？程式的世界里，我們可以將池簡單的理解為一種容器類數據結構，比如列表。程式處理信息的過程中，可能會依賴某些資源或者對象(暫且統一稱之為對象)，比如資料庫連接，來執行一些高頻操作，比如數據表查詢，此時，如果被依賴對象的存活時間比較短，那就意味著需要頻繁的創建和銷毀對象，這可能會很耗時、耗系統資源(CPU、記憶體、磁碟、網路等)。為瞭解決這個問題，進行程式設計時，可能會考慮在程式初始化時，預先創建一批所需對象，並存儲到池中，或者根據需要即時創建對象，併在使用完成後，將對象添加到池中，這樣，當程式需要(再次)使用對象時，可以直接從池中直接獲取現有的對象，節省了頻繁創建和銷毀對象帶來的資源浪費，這就是池的作用，為程式提供復用對象或者提前分配資源的能力。
ThreadPoolExecutor線程池介紹
下文僅針對線程池的一些要點做介紹
任務處理流程
核心線程池大小(corePoolSize)和最大線程池大小(maximumPoolSize)
ThreadPoolExecutor會根據corePoolSize(保持存活(不允許超時退出等)的最小工作線程數，如果設置了allowCoreThreadTimeOut為true，則該值為0。可通過getPoolSize方法獲取該值) 和maximumPoolSize(線程池中允許的最大線程數，可通過getMaximumPoolSize獲取該值)設置的界限自動調整線程池的大小。
當通過execute(Runnable) 方法提交新任務後，如果正在運行的線程的數量小於corePoolSize，則創建新線程來處理請求，即使存在其它空閑的工作線程，否則如果正在運行的線程的數量大於corePoolSize，但小於maximumPoolSize，則僅僅在隊列已經滿時才會創建新線程來處理請求。設置corePoolSize等於maximumPoolSize則表示創建一個固定大小的線程池。
通過設置maximumPoolSize為基本無界的值，例如Integer.MAX_VALUE，則允許線程池容納任意併發任務數。大多數情況下，corePoolSize和maximumPoolSize僅在構建時設置，但也可以分別用使用setCorePoolSize和setMaximumPoolSize對其進行動態更改。
按需創建線程
預設情況下，僅在新任務到達時創建和啟動線程，即便是核心線程。可以使用prestartCoreThread或者prestartAllCoreThreads對此進行動態更改。如果使用非空隊列構造線程池，你可能會想預先啟動線程。
創建新線程
使用ThreadFactory創建新線程。如果未指定，則使用Executors.defaultThreadFactory，其創建的線程都位於相同線程組，且擁有相同的優先順序NORM_PRIORITY以及非守護狀態。通過提供不同的線程工程ThreadFactory，可以修改線程的名稱，線程組，優先順序，守護狀態等等。當newThread返回null時，ThreadFactory將無法創建線程，此時執行器繼續運行，但是可能無法執行任何任務。線程應該擁有modifyThread RuntimePermission。如果工作線程或者其它線程使用不具有該許可權的線程池，服務可能被降級：配置變更可能不會及時生效，且關閉線程池可能會保留終止但未完成的狀態。
線程保持存活時間
如果線程池當前擁有多於corePoolSize數量的線程，則空閑時間超過keepAliveTime(可通過getKeepAliveTime(TimeUnit)方法獲取)的線程將被終止，以減少資源消耗。可以通過setKeepAliveTime(long,TimeUnit)方法動態改變該參數值。使用setKeepAliveTime(Long.MAX_VALUE, NANOSECONDS)可以有效的阻止空閑線程在關閉之前終止。預設情況下，keep-alive策略僅線上程池中線程數多餘corePoolSize時起作用。keepAliveTime的值不為0的情況下，可通過allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法將keep-alive策略應用於核心線程。
排隊(Queuing)
BlockingQueue用於傳輸和容納提交的任務。此隊列的使用與線程池大小變化相關：
- 如果線程池中當前線程數少於
corePoolSize，那麼Executor總是優先創建新線程來處理任務請求，而不是讓任務請求排隊 - 如果線程池中當前線程數等於或者多餘
corePoolSize，那麼Executor總是優先讓任務排隊，而不是創建新線程 - 如果無法讓任務請求排隊(比如任務隊列已滿)，且線程池中當前線程數未超過
maximumPoolSize，則創建一個新線程來處理任務請求，否則將拒絕該任務請求
三種排隊策略：
-
直接傳遞(Direct handoffs)
SynchronousQueue是工作隊列(workQueue)的一個預設好選擇。它將任務交給線程，而不是保留它們。此時，如果沒有立即可用的線程，將構造新線程，因為讓任務排隊的嘗試將會失敗。此策略在處理可能具有內部依賴關係的請求集時避免鎖定。通常需要無界的maximumPoolSize，以避免拒絕新任務的提交。這反過來說明當任務平均提交速度持續大於平均處理速度時，線程數無限增長的可能性。如果使用newCachedThreadPool創建線程池則表示使用直接傳遞策略 -
無界隊列(Unbounded queues)
當所有核心線程都繁忙時，使用無界隊列（例如，沒有預定義容量的
LinkedBlockingQueue）將導致新任務在隊列中等待，從而導致沒有多餘corePoolSize的線程被創建（maximumPoolSize的值不起任何作用）。當每個任務完全彼此獨立，互不影響執行時，這可能是合適的。例如，在網頁伺服器中， 這種排隊方式用於平滑瞬時大量請求時很有用。需要註意的是，當任務平均提交速度持續大於平均處理速度時，可能會導致無界隊列無限增長。如果使用newFixedThreadPool創建線程池則表示使用無界隊列。 -
有界隊列(Bounded queues)
有界隊列（例如，
ArrayBlockingQueue）配合maximumPoolSizes使用有助於防止資源耗盡，但是難以調整和控制。隊列大小和最大線程池大小需要相互權衡：使用大隊列和較小的線程池可以最大限度地減少CPU使用率，操作系統資源和上下文切換開銷，但是會導致人為的低吞吐量。如果任務頻繁被阻塞（比如I/O限制），那麼系統可以調度比我們允許的更多的線程。使用小隊列通常需要較大的線程池，這會讓CPU保持繁忙，但可能會產生不可接受的調度開銷，這也會降低吞吐量。
拒絕處理任務
當Executor已關閉、使用有界的線程池、工作隊列，且達到最大值時，通過方法execute(Runnable)提交的任務將被拒絕。在任何一種情況下，execute方法調用其RejectedExecutionHandler的rejectedExecution(Runnable，ThreadPoolExecutor)方法。提供以下4種預定義處理策略：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy（預設策略）
拒絕任務時，處理器會拋出一個運行時異常RejectedExecutionException。
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy
調用execute的線程自己運行任務。這提供了一個簡單的反饋控制機制，將會降低新任務提交的速率。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy
不能被執行的任務將被拋棄
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy
如果Executor已關閉，工作隊列隊首的任務被丟棄，然後重試執行。(重試也可能失敗，導致重覆執行前面的動作）
可以定義和使用其他類型的RejectedExecutionHandler類。這樣做需要一些謹慎，特別是當策略被設計為僅在特定容量或者隊列策略下有效時
線程運行狀態
該線程池使用了一個runState來對線程進行主要生命周期控制，具有以下值：
RUNNING: 接收新任務並且處理排隊的任務
SHUTDOWN: 不接收新任務，但是處理排隊的任務。
STOP: 不接收新任務，不處理排隊的任務，並且中斷正在進行的任務。
TIDYING: 所有任務已終止。workerCount為0。線程轉為TIDYING狀態將會運行terminated() hook方法。
TERMINATED: terminated()已經運行完。
這些值之間的數字順序很重要，為了支持有序比較，runState會隨著時間單調遞增，但不需要達到每個狀態。
狀態轉換如下：
RUNNING -> SHUTDOWN
調用shutdown()時，可能隱式的在finalize()中調用
RUNNING 或者 SHUTDOWN -> STOP
調用shutdownNow()時
SHUTDOWN -> TIDYING
當工作隊列和線程池都為空時
STOP -> TIDYING
線程池為空時
TIDYING -> TERMINATED
當terminated() hook方法運行完成時。
線程的析構(Finalization)
如果線程池不再被程式引用且沒有剩餘的線程，線程池將被關閉。如果希望確保未被引用的線程池被回收，即使用戶用戶忘記調用shutdown，則必須通過適當的keep-alive配置，使用更低的下限--0核心線程數或者設置allowCoreThreadTimeOut(boolean)，確保未使用的線程最終會消亡。
作者：授客
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