構造一個線程池為什麼需要幾個參數？如果避免線程池出現OOM？`Runnable`和`Callable`的區別是什麼？本文將對這些問題一一解答，同時還將給出使用線程池的常見場景和代碼片段。`Executors`為我們提供了構造線程池的便捷方法，對於伺服器程式我們應該杜絕使用這些便捷方法，而是直接使用線... ...
構造一個線程池為什麼需要幾個參數？如果避免線程池出現OOM？Runnable和Callable的區別是什麼？本文將對這些問題一一解答，同時還將給出使用線程池的常見場景和代碼片段。
基礎知識
Executors創建線程池
Java中創建線程池很簡單，只需要調用Executors中相應的便捷方法即可，比如Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)，但是便捷不僅隱藏了複雜性，也為我們埋下了潛在的隱患（OOM，線程耗盡）。
Executors創建線程池便捷方法列表：
| 方法名 | 功能 |
|---|---|
| newFixedThreadPool(int nThreads) | 創建固定大小的線程池 |
| newSingleThreadExecutor() | 創建只有一個線程的線程池 |
| newCachedThreadPool() | 創建一個不限線程數上限的線程池，任何提交的任務都將立即執行 |
小程式使用這些快捷方法沒什麼問題，對於服務端需要長期運行的程式，創建線程池應該直接使用ThreadPoolExecutor的構造方法。沒錯，上述Executors方法創建的線程池就是ThreadPoolExecutor。
ThreadPoolExecutor構造方法
Executors中創建線程池的快捷方法，實際上是調用了ThreadPoolExecutor的構造方法（定時任務使用的是ScheduledThreadPoolExecutor），該類構造方法參數列表如下：
// Java線程池的完整構造函數
public ThreadPoolExecutor(
int corePoolSize, // 線程池長期維持的線程數，即使線程處於Idle狀態，也不會回收。
int maximumPoolSize, // 線程數的上限
long keepAliveTime, TimeUnit unit, // 超過corePoolSize的線程的idle時長，
// 超過這個時間，多餘的線程會被回收。
BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任務的排隊隊列
ThreadFactory threadFactory, // 新線程的產生方式
RejectedExecutionHandler handler) // 拒絕策略竟然有7個參數，很無奈，構造一個線程池確實需要這麼多參數。這些參數中，比較容易引起問題的有corePoolSize, maximumPoolSize, workQueue以及handler：
corePoolSize和maximumPoolSize設置不當會影響效率，甚至耗盡線程；workQueue設置不當容易導致OOM；handler設置不當會導致提交任務時拋出異常。
正確的參數設置方式會在下文給出。
線程池的工作順序
If fewer than corePoolSize threads are running, the Executor always prefers adding a new thread rather than queuing.
If corePoolSize or more threads are running, the Executor always prefers queuing a request rather than adding a new thread.
If a request cannot be queued, a new thread is created unless this would exceed maximumPoolSize, in which case, the task will be rejected.
corePoolSize -> 任務隊列 -> maximumPoolSize -> 拒絕策略
Runnable和Callable
可以向線程池提交的任務有兩種：Runnable和Callable，二者的區別如下：
- 方法簽名不同，
void Runnable.run(),V Callable.call() throws Exception - 是否允許有返回值，
Callable允許有返回值 - 是否允許拋出異常，
Callable允許拋出異常。
Callable是JDK1.5時加入的介面，作為Runnable的一種補充，允許有返回值，允許拋出異常。
三種提交任務的方式：
| 提交方式 | 是否關心返回結果 |
|---|---|
Future<T> submit(Callable<T> task) |
是 |
void execute(Runnable command) |
否 |
Future<?> submit(Runnable task) |
否，雖然返回Future，但是其get()方法總是返回null |
如何正確使用線程池
避免使用無界隊列
不要使用Executors.newXXXThreadPool()快捷方法創建線程池，因為這種方式會使用無界的任務隊列，為避免OOM，我們應該使用ThreadPoolExecutor的構造方法手動指定隊列的最大長度：
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 2,
0, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(512), // 使用有界隊列，避免OOM
new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());明確拒絕任務時的行為
任務隊列總有占滿的時候，這是再submit()提交新的任務會怎麼樣呢？RejectedExecutionHandler介面為我們提供了控制方式，介面定義如下：
public interface RejectedExecutionHandler {
void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor);
}線程池給我們提供了幾種常見的拒絕策略：
| 拒絕策略 | 拒絕行為 |
|---|---|
| AbortPolicy | 拋出RejectedExecutionException |
| DiscardPolicy | 什麼也不做，直接忽略 |
| DiscardOldestPolicy | 丟棄執行隊列中最老的任務，嘗試為當前提交的任務騰出位置 |
| CallerRunsPolicy | 直接由提交任務者執行這個任務 |
線程池預設的拒絕行為是AbortPolicy，也就是拋出RejectedExecutionHandler異常，該異常是非受檢異常，很容易忘記捕獲。如果不關心任務被拒絕的事件，可以將拒絕策略設置成DiscardPolicy，這樣多餘的任務會悄悄的被忽略。
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(2, 2,
0, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(512),
new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());// 指定拒絕策略獲取處理結果和異常
線程池的處理結果、以及處理過程中的異常都被包裝到Future中，併在調用Future.get()方法時獲取，執行過程中的異常會被包裝成ExecutionException，submit()方法本身不會傳遞結果和任務執行過程中的異常。獲取執行結果的代碼可以這樣寫：
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
Future<Object> future = executorService.submit(new Callable<Object>() {
@Override
public Object call() throws Exception {
throw new RuntimeException("exception in call~");// 該異常會在調用Future.get()時傳遞給調用者
}
});
try {
Object result = future.get();
} catch (InterruptedException e) {
// interrupt
} catch (ExecutionException e) {
// exception in Callable.call()
e.printStackTrace();
}上述代碼輸出類似如下：
線程池的常用場景
正確構造線程池
int poolSize = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2;
BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<>(512);
RejectedExecutionHandler policy = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();
executorService = new ThreadPoolExecutor(poolSize, poolSize,
0, TimeUnit.SECONDS,
queue,
policy);獲取單個結果
過submit()向線程池提交任務後會返回一個Future，調用V Future.get()方法能夠阻塞等待執行結果，V get(long timeout, TimeUnit unit)方法可以指定等待的超時時間。
獲取多個結果
如果向線程池提交了多個任務，要獲取這些任務的執行結果，可以依次調用Future.get()獲得。但對於這種場景，我們更應該使用ExecutorCompletionService，該類的take()方法總是阻塞等待某一個任務完成，然後返回該任務的Future對象。向CompletionService批量提交任務後，只需調用相同次數的CompletionService.take()方法，就能獲取所有任務的執行結果，獲取順序是任意的，取決於任務的完成順序：
void solve(Executor executor, Collection<Callable<Result>> solvers)
throws InterruptedException, ExecutionException {
CompletionService<Result> ecs = new ExecutorCompletionService<Result>(executor);// 構造器
for (Callable<Result> s : solvers)// 提交所有任務
ecs.submit(s);
int n = solvers.size();
for (int i = 0; i < n; ++i) {// 獲取每一個完成的任務
Result r = ecs.take().get();
if (r != null)
use(r);
}
}單個任務的超時時間
V Future.get(long timeout, TimeUnit unit)方法可以指定等待的超時時間，超時未完成會拋出TimeoutException。
多個任務的超時時間
等待多個任務完成，並設置最大等待時間，可以通過CountDownLatch完成：
public void testLatch(ExecutorService executorService, List<Runnable> tasks)
throws InterruptedException{
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(tasks.size());
for(Runnable r : tasks){
executorService.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try{
r.run();
}finally {
latch.countDown();// countDown
}
}
});
}
latch.await(10, TimeUnit.SECONDS); // 指定超時時間
}線程池和裝修公司
以運營一家裝修公司做個比喻。公司在辦公地點等待客戶來提交裝修請求；公司有固定數量的正式工以維持運轉；旺季業務較多時，新來的客戶請求會被排期，比如接單後告訴用戶一個月後才能開始裝修；當排期太多時，為避免用戶等太久，公司會通過某些渠道（比如人才市場、熟人介紹等）雇佣一些臨時工（註意，招聘臨時工是在排期排滿之後）；如果臨時工也忙不過來，公司將決定不再接收新的客戶，直接拒單。
線程池就是程式中的“裝修公司”，代勞各種臟活累活。上面的過程對應到線程池上：
// Java線程池的完整構造函數
public ThreadPoolExecutor(
int corePoolSize, // 正式工數量
int maximumPoolSize, // 工人數量上限，包括正式工和臨時工
long keepAliveTime, TimeUnit unit, // 臨時工游手好閑的最長時間，超過這個時間將被解雇
BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 排期隊列
ThreadFactory threadFactory, // 招人渠道
RejectedExecutionHandler handler) // 拒單方式總結
Executors為我們提供了構造線程池的便捷方法，對於伺服器程式我們應該杜絕使用這些便捷方法，而是直接使用線程池ThreadPoolExecutor的構造方法，避免無界隊列可能導致的OOM以及線程個數限制不當導致的線程數耗盡等問題。ExecutorCompletionService提供了等待所有任務執行結束的有效方式，如果要設置等待的超時時間，則可以通過CountDownLatch完成。
