浅谈Java ThreadPoolExecutor的使用

一、前言

线程池主要由以下4个核心组件组成。

• 线程池管理器：用于创建并管理线程池
• 工作线程：线程池中执行具体任务的线程
• 任务接口：用于定义工作线程的调度和执行策略，只有线程实现了该接口，线程中的任务才能被线程池调度
• 任务队列：放待处理的任务，新的任务将会不断被加入队列中，执行完成的任务将从队列中移除

二、ThreadPoolExecutor

如下是线程池的构造方法

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                null :
                AccessController.getContext();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
}

其中具体参数含义为：

1.corePoolSize：线程池中核心线程的数量

2.maximumPoolSize：线程池中最大线程的数量

3.keepAliveTime：当线程数量超过corePoolSize时，空闲线程的存活时间

4.unit：keepAliveTime的时间单位

5.workQueue：任务队列，被提交但尚未被执行的任务存放的地方

6.threadFactory：线程工厂，用于创建线程，可使用默认的线程工厂或自定义线程工厂

7.handler：由于任务过多或其他原因导致线程池无法处理时的任务拒绝策略

三、构造函数参数解析

编写测试类如下：

public class ThreadPoolSerialTest {
    public static void main(String[] args) {
        //核心线程数
        int corePoolSize = 2;
        //最大线程数
        int maximumPoolSize = 4;
        //超过corePoolSize线程数量的线程最大空闲时间
        long keepAliveTime = 2;
        //以秒为时间单位
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        //创建工作队列，用于存放提交的等待执行任务
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(2);
        ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = null;

        try {
            // 1.创建线程池
            threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize,
                    maximumPoolSize,
                    keepAliveTime,
                    unit,
                    workQueue,
                    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
            // 2.循环提交任务
            for (int i = 0; i < 6; i++) {
                //提交任务的索引
                final int index = (i+1);
                threadPoolExecutor.submit(()->{
                    //线程打印输出
                    System.out.println("大家好，我是线程："+index);
                    try {
                        //模拟线程执行时间，10s
                        Thread.sleep(10000);
                        System.out.println("线程："+index+"运行完毕");
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                });
                //每个任务提交后休眠500ms再提交下一个任务，用于保证提交顺序
                Thread.sleep(500);
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 3.关闭线程池
            threadPoolExecutor.shutdown();
        }
    }
}

其中循环了6次，让线程池执行了6次任务，恰好满足maximumPoolSize+workQueue容量=并发执行任务数。输出结果如下：

大家好，我是线程：1
大家好，我是线程：2
大家好，我是线程：5
大家好，我是线程：6
线程：1运行完毕
大家好，我是线程：3
线程：2运行完毕
大家好，我是线程：4
线程：5运行完毕
线程：6运行完毕
线程：3运行完毕
线程：4运行完毕

这段输出看似没有规律，其实这里输出完全是由线程池控制的；下面就来分行解析输出：

大家好，我是线程：1
大家好，我是线程：2
大家好，我是线程：5
大家好，我是线程：6

1.全新线程池被创建后，有Runnable或CallBack接口的实现被提交给线程池执行；线程池的corePoolSize=2，此时前两个任务提交后就立即执行，便输出了线程1 线程2；

2.此时仍继续向线程池提交任务，线程池中workQueue容量=2，被加入的任务存放到任务队列中，即把线程3 线程4存放到了任务队列中；

3.任务队列充满后，仍继续向线程池提交任务，线程池的maximumPoolSize=4，除开核心线程数2个外还允许创建4-2个线程来执行任务，便输出了线程5 线程6

线程：1运行完毕
大家好，我是线程：3
线程：2运行完毕
大家好，我是线程：4

1.线程：1运行完毕：表示第一个线程任务执行完毕了

2.大家好，我是线程：3：线程1运行完毕后，此时线程池中有一个空闲的线程，第一个进入任务队列中的任务第一个交给线程处理

3.线程：2运行完毕 大家好，我是线程：4 ：和上面线程执行完毕，任务对列中任务执行一致

线程：5运行完毕
线程：6运行完毕
线程：3运行完毕
线程：4运行完毕

因为每一个任务的执行时间控制的是一样的，此时输出的内容便是先被线程池执行的任务先执行完毕。

四、总结

线程池刚被创建时，只是向系统申请一个用于执行线程队列和管理线程池的资源。在调用execute()添加一个任务时，线程池会按照以下流程执行任务：

正在运行的线程数量a:a<corePoolSize，线程池立即创建线程并执行任务；若此时a=corePoolSize，则任务被存放到workQueue任务队列中，直到任务队列被充满

任务队列workQueue已充满且正在运行的线程数a:a<maximumPoolSize，线程池立即创建非核心线程并执行任务；若有任务执行完毕，该任务将被线程池队列中移除，线程池从队列中取先入队的任务执行；当线程处于空闲状态的时间超过keepAliveTime时间时，正在运行的线程数acorePoolSize<a，线程池停止空闲的线程。线程池将任务执行完毕后，线程池会收缩到corePoolSize大小

任务队列workQueue已充满且正在运行的线程数a:a=maximumPoolSize，线程池拒绝执行该任务并抛出RejectExecutionException异常

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