（五）四种线程池底层详解

Java中提供了四种线程池创建方法，分别是：

线程池名称	描述
newSingleThreadExecutor	创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
newFixedThreadPool	创建一个定长线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。
newScheduledThreadPool	创建一个可定期或者延时执行任务的定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
newCachedThreadPool	创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。

# 1. newSingleThreadExecutor

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

特点

创建只有一个线程的线程池，且线程的存活时间是无限的；当该线程正繁忙时，对于新任务会进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)

应用场景

适用单线程的场景。
适用于对提交任务的处理有顺序性要求的场景。

可以看到corePoolSize、maximumPoolSize都是 1 ，keepAliveTime 是 0 ，使用的是LinkedBlockingQueue队列。

demo：

public class FourThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
ScheduledThreadPoolExecutorTest().ScheduledThreadPoolExecutorTest();
        ExecutorService executorService = new newSingleThreadExecutor().newSingleThreadExecutor();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            executorService.execute(new TestRunnable());
        }
        executorService.shutdown();
    }

}
class TestRunnable implements Runnable {
    static int i = 1;

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  线程被调用了。第" + getCount() + "次");
    }
    public static int getCount() {
        return i++;
    }
}
class newSingleThreadExecutor {

    ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        /**
         * 1
         * 此线程池 Executor 只有一个线程。它用于以顺序方式的形式执行任务。
         * 如果此线程在执行任务时因异常而挂掉，则会创建一个新线程来替换此线程，后续任务将在新线程中执行。
         */
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        return executorService;
    }
}

输出：

pool-1-thread-1  线程被调用了。第1次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第2次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第3次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第4次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第5次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第6次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第7次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第8次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第9次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第10次

# 2. newFixedThreadPool

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

特点：

核心线程数与最大线程数相等，因此不会创建空闲线程。keepAliveTime 设置与否无关紧要。
采用无界队列，任务会被无限添加，直至内存溢出（OOM）。
由于无界队列不可能被占满，任务在执行前不可能被拒绝（前提是线程池一直处于运行状态）。

应用场景：

适用于线程数固定的场景
适用负载比较重的服务器

可以看到corePoolSize和maximumPoolSize一样，由调用者自己设定传入，keepAliveTime 是 0 ，使用的是LinkedBlockingQueue队列。

可以看到上面两种线程池（SingleThreadExecutor、newFixedThreadPool）都是使用了 LinkedBlockingQueue ，而且默认使用的是 new LinkedBlockingQueue<Runnable>());

继续扒一下这个LinkedBlockingQueue 的默认大小

public LinkedBlockingQueue() {
    this(Integer.MAX_VALUE);
}

竟然是 int 类型的最大值

@Native public static final int  MAX_VALUE = 0x7fffffff;

就是说这个队列里面可以放 2^31-1 = 2147483647 个任务。

demo:

public class FourThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
ScheduledThreadPoolExecutorTest().ScheduledThreadPoolExecutorTest();
        ExecutorService executorService = new newFixedThreadPool().newFixedThreadPool();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            executorService.execute(new TestRunnable());
        }
        executorService.shutdown();
    }

}
class TestRunnable implements Runnable {
    static int i = 1;

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  线程被调用了。第" + getCount() + "次");
    }
    public static int getCount() {
        return i++;
    }
}
class newFixedThreadPool {
    ExecutorService newFixedThreadPool() {
        /**
         * 2
         * 它是一个拥有固定数量线程的线程池。提交给 Executor 的任务由固定的 n 个线程执行，
         * 如果有更多的任务，它们存储在 LinkedBlockingQueue 里。这个数字 n 通常跟底层处理器CPU支持的线程总数有关。
         */
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
        return executorService;
    }
}

输出：

pool-1-thread-1  线程被调用了。第1次
pool-1-thread-2  线程被调用了。第2次
pool-1-thread-2  线程被调用了。第4次
pool-1-thread-2  线程被调用了。第5次
pool-1-thread-2  线程被调用了。第6次
pool-1-thread-2  线程被调用了。第7次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第3次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第10次
pool-1-thread-2  线程被调用了。第9次
pool-1-thread-3  线程被调用了。第8次

可以看到最多只有3个线程，哪个线程空闲了就执行，超过corePoolSize=3后，任务会被丢到 LinkedBlockingQueue 队列，因为LinkedBlockingQueue很大，所以执行完前面的任务，空闲后会执行队列LinkedBlockingQueue里面的任务。

# 3. newScheduledThreadPool

顾名思义可以延迟某个任务的执行。

public class ScheduledThreadPoolExecutor
        extends ThreadPoolExecutor
        implements ScheduledExecutorService {
    public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
        return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
    }
}

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

这里的super还是会调用ThreadPoolExecutor的方法。

可以看到corePoolSize由调用者自己设定传入，maximumPoolSize 是int的最大值，keepAliveTime 是 0 ，使用的是DelayedWorkQueue队列。

new DelayedWorkQueue() : 一个按超时时间升序排序的队列，顾名思义，可以延迟执行。

我们可以自定义设置队列的延迟策略：

 * @param command the task to execute
 * @param initialDelay the time to delay first execution
 * @param period the period between successive executions
 * @param unit the time unit of the initialDelay and period parameters
 * @return a ScheduledFuture representing pending completion of
 *         the task, and whose {@code get()} method will throw an
 *         exception upon cancellation
 * @throws RejectedExecutionException if the task cannot be
 *         scheduled for execution
 * @throws NullPointerException if command is null
 * @throws IllegalArgumentException if period less than or equal to zero
 */
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,
                                              long initialDelay,
                                              long period,
                                              TimeUnit unit);

demo：

class ScheduledThreadPoolExecutorTest {

    ScheduledExecutorService ScheduledThreadPoolExecutorTest() {
        /**
         * 3
         * 当我们有一个需要定期运行的任务或者我们希望延迟某个任务时，就会使用此类型的 executor。
         */
        ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(2);

        System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
        //创建并执行在给定延迟后启用的单次操作。延迟2秒后启动，但是只执行一次。
        //        executorService.schedule(new TestRunnable(), 2, TimeUnit.SECONDS);
        //延迟2秒后启动，之后每间隔1秒执行一次
        executorService.scheduleAtFixedRate(new TestRunnable(), 2, 1, TimeUnit.SECONDS);

        return executorService;
    }

    public static void main(String[] args) {
        new ScheduledThreadPoolExecutorTest().ScheduledThreadPoolExecutorTest();
    }

}

class TestRunnable implements Runnable {
    static int i = 1;

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  线程被调用了。第" + getCount() + "次");
    }

    public static int getCount() {
        return i++;
    }
}

输出：

2020-07-15 18:03:47
2020-07-15 18:03:49
pool-1-thread-1  线程被调用了。第1次
2020-07-15 18:03:50
pool-1-thread-1  线程被调用了。第2次
2020-07-15 18:03:51
pool-1-thread-2  线程被调用了。第3次
2020-07-15 18:03:52
pool-1-thread-2  线程被调用了。第4次
2020-07-15 18:03:53
pool-1-thread-2  线程被调用了。第5次
2020-07-15 18:03:54
pool-1-thread-2  线程被调用了。第6次
2020-07-15 18:03:55
pool-1-thread-2  线程被调用了。第7次

# 4. newCachedThreadPool

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

特点：

核心线程数corePoolSize为0，则初始就创建空闲线程，并且空闲线程的只能等待任务60s，60s内没有提交任务，空闲线程将被销毁。
最大线程数为无穷大，这样会造成巨量线程同时运行，CPU负载过高，导致应用崩溃。
采用同步阻塞队列，即队列不存储任务。提交一个消费一个。由于最大线程数为无穷大，因此，只要提交任务就一定会被消费（应用未崩溃前）。

应用场景：

适用于耗时短、异步的小程序。
适用于负载较轻的服务器。

解释：SynchronousQueue是同步队列，即队列不存储任务。因此会在池中寻找可用线程来执行，若有可以线程则执行，若没有可用线程则创建一个线程来执行该任务；若池中线程空闲时间超过指定大小，则该线程会被销毁。

demo：

public class FourThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
ScheduledThreadPoolExecutorTest().ScheduledThreadPoolExecutorTest();
        ExecutorService executorService = new newCachedThreadPoolTest().newCachedThreadPoolTest();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            executorService.execute(new TestRunnable());
        }
        executorService.shutdown();
    }

}
class TestRunnable implements Runnable {
    static int i = 1;

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "  线程被调用了。第" + getCount() + "次");
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static int getCount() {
        return i++;
    }
}

class newCachedThreadPoolTest {
    ExecutorService newCachedThreadPoolTest() {
        /**
         * 4
         * 此线程池的线程数不受限制。如果所有的线程都在忙于执行任务并且又有新的任务到来了，这个线程池将创建一个新的线程并将其提交到 Executor。
         * 只要其中一个线程变为空闲，它就会执行新的任务。 如果一个线程有 60 秒的时间都是空闲的，它们将被结束生命周期并从缓存中删除。
         */
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        return executorService;
    }
}

执行结果：

pool-1-thread-2  线程被调用了。第1次
pool-1-thread-1  线程被调用了。第2次
pool-1-thread-3  线程被调用了。第3次
pool-1-thread-4  线程被调用了。第4次
pool-1-thread-5  线程被调用了。第5次
pool-1-thread-6  线程被调用了。第6次
pool-1-thread-7  线程被调用了。第7次
pool-1-thread-8  线程被调用了。第8次
pool-1-thread-9  线程被调用了。第9次
pool-1-thread-10  线程被调用了。第10次

# 线程池任务执行流程：

当线程池小于corePoolSize时，新提交任务将创建一个新线程执行任务，即使此时线程池中存在空闲线程。
当线程池达到corePoolSize时，新提交任务将被放入workQueue 中，等待线程池中任务调度执行（一旦核心线程释放后，将会从任务队列中pull task继续执行）
当workQueue（不考虑无界）已满，且 maximumPoolSize > corePoolSize 时，新提交任务会创建新线程执行任务，但空闲线程池中的线程是有**存活时间（keepAliveTime）**的，当线程执行完任务后，只能存活 keepAliveTime 时长，时间一过，线程就得被销毁。
当提交任务数超过 maximumPoolSize 时，新提交任务由RejectedExecutionHandler处理
当线程池中超过corePoolSize线程，空闲时间达到keepAliveTime时，关闭空闲线程
当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭

来一张图总结一下线程池：

ThreadPoolExecutor 状态转换的途径，也可以理解为生命周期：

参考：

java四种线程池的使用：https://www.cnblogs.com/zincredible/p/10984459.html (opens new window)
推荐看一下vivo技术团队的这个：https://mp.weixin.qq.com/s/Z9g-2JihdTpQ5Zsf3xzKCw

上次更新: 2024-05-23 10:33:15

（五）四种线程池底层详解

# 1. newSingleThreadExecutor

# 2. newFixedThreadPool

# 3. newScheduledThreadPool

# 4. newCachedThreadPool

# 线程池任务执行流程 ：

# 线程池任务执行流程：