java线程如何正确使用java线程池

java框架中例如Tomcat、Dubbo等都离不开线程池，这些框架用到线程的地方，都会用线程池来负责。我们在使用这些框架的时候，会设置线程池参数，用于提高性能。那么开多少线程合适？今天我们将围绕这个问题来学习一下线程池。

为什么使用线程池

平常我们使用java线程的时候，都是直接创建一个Thread对象，java线程的创建和销毁都会涉及到Thread对象的创建和销毁，线程切换等问题。创建Thread对象，仅仅是在 JVM 的堆里分配一块内存而已；而创建一个线程，却需要调用操作系统内核的 API，然后操作系统要为线程分配一系列的资源，这个成本就很高了。所以线程是一个重量级的对象，应该避免频繁创建和销毁。

一般可以通过“池化”思想来解决上述的问题，而JDK中提供的线程池实现是基于ThreadPoolExecutor。

使用线程池可以带来一系列好处：

• 降低资源消耗：通过池化技术重复利用已创建的线程，降低线程创建和销毁造成的损耗。
• 提高响应速度：任务到达时，无需等待线程创建即可立即执行。
• 提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制创建，不仅会消耗系统资源，还会因为线程的不合理分布导致资源调度失衡，降低系统的稳定性。使用线程池可以进行统一的分配、调优和监控。
• 提供更多更强大的功能：线程池具备可拓展性，允许开发人员向其中增加更多的功能。比如延时定时线程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允许任务延期执行或定期执行。

线程池核心设计与实现

总体设计

• 顶层接口是Executor，java.util.concurrent.Executor#execute，用户只需提供Runnable对象，将任务的运行逻辑提交到执行器(Executor)中，由Executor框架完成线程的调配和任务的执行部分。

• ExecutorService接口扩展了Executor并增加了一些能力：

  • 扩充执行任务的能力，通过调用submit()或者invokeAll()方法可以为一个或一批异步任务生成Future的方法；
  • 提供了管控线程池的方法，比如调用shutdown()等方法停止线程池的运行。

• AbstractExecutorService则是上层的抽象类，将执行任务的流程串联了起来，保证下层的实现只需关注一个执行任务的方法即可。

• 具体实现类是ThreadPoolExecutor，ThreadPoolExecutor将会一方面维护自身的生命周期，另一方面同时管理线程和任务，使两者良好的结合从而执行并行任务。

• ScheduledThreadPoolExecutor又扩展了ThreadPoolExecutor和ScheduledExecutorService接口，增加了调度能力，使任务可以延时定时执行。

• 另外还有一个提供了线程池创建的工厂方法的类Executors，用来创建线程池。

本章主要说明ThreadPoolExecutor的实现原理，ScheduledThreadPoolExecutor下篇会讨论。

ThreadPoolExecutor实现原理

ThreadPoolExecutor构造参数说明

ThreadPoolExecutor(
  int corePoolSize,
  int maximumPoolSize,
  long keepAliveTime,
  TimeUnit unit,
  BlockingQueue workQueue,
  ThreadFactory threadFactory,
  RejectedExecutionHandler handler) 
​

• corePoolSize:表示线程池保有的最小线程数。核心线程数，这些核心线程一旦被创建，就不会被销毁。相反，如果是非核心线程，等任务执行完并长时间未被使用则会被销毁。

• maximumPoolSize：表示线程池创建的最大线程数。

• keepAliveTime&unit：一个线程如果在一段时间内，都没有执行任务，说明很闲，keepAliveTime和unit就是用来定义这个一段时间的参数。也就是说，如果线程已经空闲了keepAliveTime和unit这么久了，而且线程数大于corePoolSize，那么这个空闲线程就要被回收。

• workQueue：用来存储任务，当有新的任务请求线程处理时，如果核心线程池已满，那么新来的任务会加入workQueue队列中，workQueue是一个阻塞队列。

• threadFactory：通过这个参数可以自定义如何创建线程。

• handler:通过这个参数可以自定义任务的拒绝策略。如果线程池中所有的线程都在忙碌，并且工作队列也满了（前提是工作队列是有界队列），那么此时提交任务，线程池就会拒绝接收。至于拒绝的策略，可以通过这个参数来指定

  ThreadPoolExecutor已经提供了四种策略。

• CallerRunsPolicy:提交任务的线程自己去执行该任务。
• AbortPolicy:默认的拒绝策略，会throws RejectedExecutionException.
• DiscardPolicy:直接丢弃任务，没有任何异常输出。
• DiscardOldestPolicy:丢弃最老的任务，其实就是把最早进入工作队列的任务丢弃，然后把新任务加入到工作队列。

ThreadPoolExecutor执行流程

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

线程池运行状态

线程池的运行状态，由线程池内部维护，线程池内部使用AtomicInteger变量，用于维护运行状态runState和工作线程数workerCount，高3位保存runState，低29位保存workerCount，两个变量之间互不干扰。用一个变量去存储两个值，可避免在做相关决策时，出现不一致的情况，不必为了维护两者的一致，而占用锁资源。

private final AtomicInteger ctl = new AtomicInteger(ctlOf(RUNNING, 0));

​

// COUNT_BITS=29,（对于int长度为32来说）表示线程数量的字节位数

private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;

// 状态掩码，高三位是1，低29位全是0，可以通过 ctl&COUNT_MASK 运算来获取线程池状态

private static final int COUNT_MASK = (1