Java 常用四大线程池用法以及 ThreadPoolExecutor 详解

为什么用线程池

  1. 创建 / 销毁线程伴随着系统开销, 过于频繁的创建 / 销毁线程, 会很大程度上影响处 - 理效率
  2. 线程并发数量过多, 抢占系统资源从而导致阻塞
  3. 对线程进行一些简单的管理

在 Java 中, 线程池的概念是 Executor 这个接口, 具体实现为 ThreadPoolExecutor 类, 学习 Java 中的线程池, 就可以直接学习他了对线程池的配置, 就是对
ThreadPoolExecutor 构造函数的参数的配置

构造函数:

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// 五个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)

// 六个参数的构造函数 -1
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory)

// 六个参数的构造函数 -2
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler)

// 七个参数的构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

下面来解释下各个参数:

  • int corePoolSize: 该线程池中 核心线程数最大值

核心线程: 线程池新建线程的时候, 如果当前线程总数小于 corePoolSize, 则新建的是核心线程, 如果超过 corePoolSize,
则新建的是非核心线程核心线程默认情况下会一直存活在线程池中, 即使这个核心线程啥也不干 (闲置状态).

如果指定 ThreadPoolExecutor 的 allowCoreThreadTimeOut 这个属性为 true, 那么核心线程如果不干活 (闲置状态) 的话, 超过一定时间(
时长下面参数决定), 就会被销毁掉.

  • int maximumPoolSize: 该线程池中 线程总数最大值

线程总数 = 核心线程数 + 非核心线程数.

  • long keepAliveTime: 该线程池中 非核心线程闲置超时时长

一个非核心线程, 如果不干活 (闲置状态) 的时长超过这个参数所设定的时长, 就会被销毁掉, 如果设置 allowCoreThreadTimeOut = true, 则会作用于核心线程.

  • TimeUnit unit: keepAliveTime 的单位

TimeUnit 是一个枚举类型, 其包括:
NANOSECONDS : 1 微毫秒 = 1 微秒 / 1000
MICROSECONDS : 1 微秒 = 1 毫秒 / 1000
MILLISECONDS : 1 毫秒 = 1 秒 /1000
SECONDS : 秒
MINUTES : 分
HOURS : 小时
DAYS : 天

  • BlockingQueue workQueue: 该线程池中的任务队列: 维护着等待执行的 Runnable 对象

当所有的核心线程都在干活时, 新添加的任务会被添加到这个队列中等待处理, 如果队列满了, 则新建非核心线程执行任务.

常用的 workQueue 类型:

  • SynchronousQueue: 这个队列接收到任务的时候, 会直接提交给线程处理, 而不保留它, 如果所有线程都在工作怎么办？那就新建一个线程来处理这个任务！所以为了保证不出现的错误,
    使用这个类型队列的时候, maximumPoolSize 一般指定成 Integer.MAX_VALUE, 即无限大
  • LinkedBlockingQueue: 这个队列接收到任务的时候, 如果当前线程数小于核心线程数, 则新建线程 (核心线程) 处理任务；如果当前线程数等于核心线程数,
    则进入队列等待. 由于这个队列没有最大值限制, 即所有超过核心线程数的任务都将被添加到队列中, 这也就导致了 maximumPoolSize 的设定失效,
    因为总线程数永远不会超过 corePoolSize
  • ArrayBlockingQueue: 可以限定队列的长度, 接收到任务的时候, 如果没有达到 corePoolSize 的值, 则新建线程 (核心线程) 执行任务, 如果达到了,
    则入队等候, 如果队列已满, 则新建线程 (非核心线程) 执行任务, 又如果总线程数到了 maximumPoolSize, 并且队列也满了, 则发生错误
  • DelayQueue: 队列内元素必须实现 Delayed 接口, 这就意味着你传进去的任务必须先实现 Delayed 接口. 这个队列接收到任务时, 首先先入队,
    只有达到了指定的延时时间, 才会执行任务
  • ThreadFactory 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, 一般用不上.
  • RejectedExecutionHandler handler: 这玩意儿就是抛出异常专用的, 比如上面提到的两个错误发生了, 就会由这个 handler 抛出异常, 根本用不上.

向 ThreadPoolExecutor 添加任务

我们怎么知道 new 一个 ThreadPoolExecutor, 大概知道各个参数是干嘛的, 可是我 new 完了, 怎么向线程池提交一个要执行的任务啊？

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ThreadPoolExecutor.execute(Runnable command)

通过 ThreadPoolExecutor.execute(Runnable command) 方法即可向线程池内添加一个任务.

ThreadPoolExecutor 的策略

这里给总结一下, 当一个任务被添加进线程池时, 执行策略:

    1. 线程数量未达到 corePoolSize, 则新建一个线程 (核心线程) 执行任务
    1. 线程数量达到了 corePools, 则将任务移入队列等待
    1. 队列已满, 新建线程 (非核心线程) 执行任务
    1. 队列已满, 总线程数又达到了 maximumPoolSize, 就会由 (RejectedExecutionHandler) 抛出异常

常见四种线程池:

如果你不想自己写一个线程池, Java 通过 Executors 提供了四种线程池, 这四种线程池都是直接或间接配置 ThreadPoolExecutor 的参数实现的.

1. 可缓存线程池 CachedThreadPool()

源码:

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public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
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                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

根据源码可以看出:

  1. 这种线程池内部没有核心线程, 线程的数量是有没限制的.
  2. 在创建任务时, 若有空闲的线程时则复用空闲的线程, 若没有则新建线程.
  3. 没有工作的线程（闲置状态）在超过了 60S 还不做事, 就会销毁.

创建方法:

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ExecutorService mCachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

用法:

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// 开始下载
private void startDownload(final ProgressBar progressBar, final int i) {
        mCachedThreadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int p = 0;
                progressBar.setMax(10);// 每个下载任务 10 秒
                while (p < 10) {
                    p++;
                    progressBar.setProgress(p);
                    Bundle bundle = new Bundle();
                    Message message = new Message();
                    bundle.putInt("p", p);
                    // 把当前线程的名字用 handler 让 textview 显示出来
                    bundle.putString("ThreadName", Thread.currentThread().getName());
                    message.what = i;
                    message.setData(bundle);
                    mHandler.sendMessage(message);
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        });
    }

2.FixedThreadPool 定长线程池

源码:

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

根据源码可以看出:

  1. 该线程池的最大线程数等于核心线程数, 所以在默认情况下, 该线程池的线程不会因为闲置状态超时而被销毁.
  2. 如果当前线程数小于核心线程数, 并且也有闲置线程的时候提交了任务, 这时也不会去复用之前的闲置线程, 会创建新的线程去执行任务.
    如果当前执行任务数大于了核心线程数, 大于的部分就会进入队列等待. 等着有闲置的线程来执行这个任务.

创建方法:

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// nThreads => 最大线程数即 maximumPoolSize
ExecutorService mFixedThreadPool= Executors.newFixedThreadPool(int nThreads);

// threadFactory => 创建线程的方法, 用得少
ExecutorService mFixedThreadPool= Executors.newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory);

用法:

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private void startDownload(final ProgressBar progressBar, final int i) {
        mFixedThreadPool.execute(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
               // .... 逻辑代码自己控制
            }
        });
    }

3.SingleThreadPool

源码:

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

根据源码可以看出:

  1. 有且仅有一个工作线程执行任务
  2. 所有任务按照指定顺序执行, 即遵循队列的入队出队规则

创建方法:
ExecutorService mSingleThreadPool = Executors.newSingleThreadPool();

用法同上.

4.ScheduledThreadPool

源码:

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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());
}

根据源码可以看出:
DEFAULT_KEEPALIVE_MILLIS 就是默认 10L, 这里就是 10 秒. 这个线程池有点像是吧 CachedThreadPool 和 FixedThreadPool 结合了一下.

  1. 不仅设置了核心线程数, 最大线程数也是 Integer.MAX_VALUE.
  2. 这个线程池是上述 4 个中为唯一个有延迟执行和周期执行任务的线程池.

创建:

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// nThreads => 最大线程数即 maximumPoolSize
ExecutorService mScheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize);

一般的执行任务方法和上面的都大同小异, 我们主要看看延时执行任务和周期执行任务的方法.

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// 表示在 3 秒之后开始执行我们的任务.
mScheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
            // ....
            }
        }, 3, TimeUnit.SECONDS);

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// 延迟 3 秒后执行任务, 从开始执行任务这个时候开始计时, 每 7 秒执行一次不管执行任务需要多长的时间.
mScheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
             // ....
            }
        },3, 7, TimeUnit.SECONDS);

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/** 延迟 3 秒后执行任务, 从任务完成时这个时候开始计时, 7 秒后再执行,
  * 再等完成后计时 7 秒再执行也就是说这里的循环执行任务的时间点是
  * 从上一个任务完成的时候.
  */
mScheduledThreadPool.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
             // ....
            }
        },3, 7, TimeUnit.SECONDS);