Java 线程池七大参数详解

Question

JDK 1.8 线程池参数源代码：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          RejectedExecutionHandler handler) {
    this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
         Executors.defaultThreadFactory(), handler);
}

一、corePoolSize

指的是核心线程大小，线程池中维护一个最小的线程数量，即使这些线程处于空闲状态，也一直存在池中，除非设置了 核心线程超时时间 。

这也是源码中的注释说明。

/** @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, 
* even if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set.
*/

二、maximumPoolSize

指的是 线程池中允许的最大线程数量 。当线程池中核心线程都处理执行状态，有 新请求的任务 ：

1. 工作队列未满：新请求的任务加入工作队列
2. 工作队列已满：线程池会创建新线程，来执行这个任务 。当然，创建新线程不是无限制的，因为会受到 maximumPoolSize 最大线程数量的限制。

三、keepAliveTime

指的是 空闲线程存活时间 。具体说，当线程数大于核心线程数时，空闲线程在等待新任务到达的最大时间，如果超过这个时间还没有任务请求，该空闲线程就会被销毁。

可见官方注释：

/** @param keepAliveTime when the number of threads is greater than
  *        the core, this is the maximum time that excess idle threads
  *        will wait for new tasks before terminating.
*/

四、unit

是指 空闲线程存活时间的单位 。keepAliveTime 的计量单位。枚举类型 TimeUnit 类。

五、workQueue

1、ArrayBlockingQueue

基于数组的有界阻塞队列，特点 FIFO （先进先出）。

当线程池中已经存在最大数量的线程时候，再请求新的任务，这时就会将任务加入工作队列的队尾，一旦有空闲线程，就会取出队头执行任务。因为是基于数组的有界阻塞队列，所以可以避免系统资源的耗尽 。

那么如果出现有界队列已满，最大数量的所有线程都处于执行状态，这时又有新的任务请求，怎么办呢？

这时候会采用 Handler 拒绝策略 ，对请求的任务进行处理。后面会详细介绍。

2、LinkedBlockingQueue

基于链表的无界阻塞队列，默认最大容量 Integer.MAX_VALUE(2^{32}-1)，可认为是 无限队列 ，特点 FIFO。

关于 maximumPoolSize 参数在工作队列为 LinkedBlockingQueue 时候，是否起作用这个问题，我们需要视情况而定！

情况① ：如果指定了工作队列大小，比如 core=2，max=3，workQueue=2，任务数 task=5，这种情况的最大线程数量的限制是有效的。

情况② ：如果工作队列大小默认 2^{32}-1，这时 maximumPoolSize 不起作用，因为新请求的任务一直可以加到队列中。

3、PriorityBlockingQueue

优先级无界阻塞队列，前面两种工作队列特点都是 FIFO，而 优先级阻塞队列可以通过参数 Comparator 实现对任务进行排序，不按照 FIFO 执行 。

4、SynchronousQueue

不缓存任务的阻塞队列，它实际上 不是真正的队列，因为它没有提供存储任务的空间 。生产者一个任务请求到来，会直接执行，也就是说 这种队列在消费者充足的情况下更加适合 。因为这种队列没有存储能力，所以只有当另一个线程（消费者）准备好工作，put（入队）和 take（出队）方法才不会是阻塞状态。

以上四种工作队列，跟线程池结合就是一种 生产者-消费者 设计模式 。生产者把新任务加入工作队列，消费者从队列取出任务消费，BlockingQueue 可以使用任意数量的生产者和消费者，这样实现了解耦，简化了设计。

六、threadFactory

线程工厂，创建一个新线程时使用的工厂，可以用来设定线程名、是否为 daemon 线程等。

守护线程(Daemon Thread) 在 Java 中有两类线程：用户线程 (User Thread)、守护线程 (Daemon Thread)。

所谓守护线程，是指在程序运行的时候在后台提供一种通用服务的线程，比如垃圾回收线程就是一个很称职的守护者，并且这种线程并不属于程序中不可或缺的部分。因此，当所有的非守护线程结束时，程序也就终止了，同时会杀死进程中的所有守护线程。反过来说，只要任何非守护线程还在运行，程序就不会终止。

用户线程和守护线程两者几乎没有区别，唯一的不同之处就在于虚拟机的离开：如果用户线程已经全部退出运行了，只剩下守护线程存在了，虚拟机也就退出了。

因为没有了被守护者，守护线程也就没有工作可做了，也就没有继续运行程序的必要了。

将线程转换为守护线程可以通过调用 Thread 对象的 setDaemon(true) 方法来实现。在使用守护线程时需要注意一下几点：

(1) thread.setDaemon(true) 必须在 thread.start() 之前设置，否则会跑出一个 IllegalThreadStateException 异常。你不能把正在运行的常规线程设置为守护线程。

(2) 在 Daemon 线程中产生的新线程也是 Daemon 的。

(3) 守护线程应该永远不去访问固有资源，如文件、数据库，因为它会在任何时候甚至在一个操作的中间发生中断。

官方使用默认的线程工厂源码如下：

/**
 * The default thread factory

*/
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 s = System.getSecurityManager();
        group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
        Thread.currentThread().getThreadGroup();
        namePrefix = "pool-" +
            poolNumber.getAndIncrement() +
            "-thread-";

    }

    public Thread newThread(Runnable r) {

        Thread t = new Thread(group, r,

                              namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),

                              0);
        if (t.isDaemon())                t.setDaemon(false);
        if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)

            t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        return t

    }
}

七、handler

Java 并发超出线程数和工作队列时候的任务请求处理策略，使用了 策略设计模式 。

策略 1：ThreadPoolExecutor.AbortPolicy（默认）

在默认的处理策略。 该处理在拒绝时抛出 RejectedExecutionException，拒绝执行。

public static class AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    /**
     * Creates an {@code AbortPolicy}.
    */
    public AbortPolicy() { }
    /**
     * Always throws RejectedExecutionException.
     *
     * @param r the runnable task requested to be executed
     * @param e the executor attempting to execute this task
     * @throws RejectedExecutionException always
    */
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        throw new RejectedExecutionException("Task " + r.toString() +
                                             " rejected from " +
                                             e.toString());
    }
}

策略 2：ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy

调用 execute 方法的线程本身运行任务 。这提供了一个简单的反馈控制机制，可以降低新任务提交的速度。

public static class CallerRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    /**
     * Creates a {@code CallerRunsPolicy}.
    */
    public CallerRunsPolicy() { }
    /**
     * Executes task r in the caller's thread, unless the executor
     * has been shut down, in which case the task is discarded.
     *
     * @param r the runnable task requested to be executed
     * @param e the executor attempting to execute this task
    */
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e)
        if (!e.isShutdown()) {
            r.run();
        }
	}
}

策略 3：ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy

如果 执行程序未关闭，则删除工作队列头部的任务 ，然后重试执行（可能再次失败，导致重复执行)。

public static class DiscardOldestPolicy implements RejectedExecutionHandler {



    /**
     * Creates a {@code DiscardOldestPolicy} for the given executor.



    */
    public DiscardOldestPolicy() { }


    /**
     * Obtains and ignores the next task that the executor      
     * * would otherwise execute, if one is immediately available,
     * and then retries execution of task r, unless the executor
     * is shut down, in which case task r is instead discarded.     *
     * @param r the runnable task requested to be executed
     * @param e the executor attempting to execute this task
    */
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {
        if (!e.isShutdown()) {

            e.getQueue().poll();

            e.execute(r);

        }     
    }
}

策略 4：ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy

public static class DiscardPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    /**
     * Creates a {@code DiscardPolicy}.
    */

    public DiscardPolicy() { }
    /**
	 * Does nothing, which has the effect of discarding task r.
     *
     * @param r the runnable task requested to be executed
     * @param e the executor attempting to execute this task
    */
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor e) {

    }    
}

八、ThreadPoolExecutor 线程池参数设置技巧

一、ThreadPoolExecutor 的重要参数

• corePoolSize：核心线程数
  • 核心线程会一直存活，及时没有任务需要执行
  • 当线程数小于核心线程数时，即使有线程空闲，线程池也会优先创建新线程处理
  • 设置 allowCoreThreadTimeout=true（默认 false）时，核心线程会超时关闭
• queueCapacity：任务队列容量（阻塞队列）
  • 当核心线程数达到最大时，新任务会放在队列中排队等待执行
• maxPoolSize：最大线程数
  • 当线程数>=corePoolSize，且任务队列已满时。线程池会创建新线程来处理任务
  • 当线程数=maxPoolSize，且任务队列已满时，线程池会拒绝处理任务而抛出异常
• keepAliveTime：线程空闲时间
  • 当线程空闲时间达到 keepAliveTime 时，线程会退出，直到线程数量=corePoolSize
  • 如果 allowCoreThreadTimeout=true，则会直到线程数量=0
• allowCoreThreadTimeout：允许核心线程超时
• rejectedExecutionHandler：任务拒绝处理器
  • 两种情况会拒绝处理任务：
    • 当线程数已经达到 maxPoolSize，切队列已满，会拒绝新任务
    • 当线程池被调用 shutdown() 后，会等待线程池里的任务执行完毕，再 shutdown。如果在调用 shutdown() 和线程池真正 shutdown 之间提交任务，会拒绝新任务
  • 线程池会调用 rejectedExecutionHandler 来处理这个任务。如果没有设置默认是 AbortPolicy，会抛出异常
  • ThreadPoolExecutor 类有几个内部实现类来处理这类情况：
    • AbortPolicy 丢弃任务，抛运行时异常
    • CallerRunsPolicy 执行任务
    • DiscardPolicy 忽视，什么都不会发生
    • DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列（最后一个执行）的任务
  • 实现 RejectedExecutionHandler 接口，可自定义处理器

二、ThreadPoolExecutor 执行顺序

线程池按以下行为执行任务

1. 当线程数小于核心线程数时，创建线程。
2. 当线程数大于等于核心线程数，且任务队列未满时，将任务放入任务队列。
3. 当线程数大于等于核心线程数，且任务队列已满
   1. 若线程数小于最大线程数，创建线程
   2. 若线程数等于最大线程数，抛出异常，拒绝任务