Java ExecutorService四种线程池使用详解

1.引言

合理利用线程池能够带来三个好处。第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要的等到线程创建就能立即执行。第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。但是要做到合理的利用线程池，必须对其原理了如指掌。

2.线程池使用

Executors提供的四种线程 1.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。 2.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。 3.newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。 4.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。

1.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。示例如下

ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
for(int i=0;i<5;i++){
 final int index = i;
 try {
   Thread.sleep(index * 1000);
 } catch (InterruptedException e) {
   e.printStackTrace();
 }
 executorService.execute(new Runnable() {
   @Override
   public void run() {
     System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "," +index);
   }
 });
}
//控制台信息
pool-1-thread-1,0
pool-1-thread-1,1
pool-1-thread-1,2
pool-1-thread-1,3
pool-1-thread-1,4

2.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。示例如下

ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);
for(int i=0;i<5;i++) {
 final int index = i;
   fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
   @Override
   public void run() {
     try {
       System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ", " + index);
       Thread.sleep(2000);
     } catch (InterruptedException e) {
       e.printStackTrace();
     }
   }
 });
}
//控制台信息
pool-1-thread-1,0
pool-1-thread-2,1
pool-1-thread-3,2
pool-1-thread-4,3
pool-1-thread-1,4

3.newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持周期和定时任务示例如下

ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
System.out.println("before:" + System.currentTimeMillis()/1000);
scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
 @Override
 public void run() {
   System.out.println("延迟3秒执行的哦 :" + System.currentTimeMillis()/1000);
 }
}, 3, TimeUnit.SECONDS);
System.out.println("after :" +System.currentTimeMillis()/1000);
//控制台信息
before:1518012703
after :1518012703
延迟3秒执行的哦 :1518012706
System.out.println("before:" + System.currentTimeMillis()/1000);
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
 @Override
 public void run() {
   System.out.println("延迟1秒之后，3秒执行一次:" +System.currentTimeMillis()/1000);
 }
}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);
System.out.println("after :" +System.currentTimeMillis()/1000);

控制台消息
before:1518013024
after :1518013024
延迟1秒之后，3秒执行一次:1518013025
延迟1秒之后，3秒执行一次:1518013028
延迟1秒之后，3秒执行一次:1518013031

4.newSingleThreadExecutor创建一个单线程化的线程池，只会用工作线程来执行任务，保证顺序，示例如下

ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
for (int i=0;i<10;i++) {
 final int index = i;
 singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
   @Override
   public void run() {
     try {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "," + index);
       Thread.sleep(2000);
     } catch (InterruptedException e) {
       e.printStackTrace();
     }
   }
 });
}

控制台信息
pool-1-thread-1,0
pool-1-thread-1,1
pool-1-thread-1,2
pool-1-thread-1,3
pool-1-thread-1,4

向线程池提交任务 ThreadPoolExecutor类中execute()和submit()区别 execute()方法实际上是Executor中声明的方法，在ThreadPoolExecutor进行了具体的实现，这个方法是ThreadPoolExecutor的核心方法，通过这个方法可以向线程池提交一个任务，交由线程池去执行。

submit()方法是在ExecutorService中声明的方法，在AbstractExecutorService就已经有了具体的实现，在ThreadPoolExecutor中并没有对其进行重写，这个方法也是用来向线程池提交任务的，但是它和execute()方法不同，它能够返回任务执行的结果，通过源码查看submit()方法的实现，会发现它实际上还是调用的execute()方法，只不过它利用了Future来获取任务执行结果。

/**
* @throws RejectedExecutionException {@inheritDoc}
* @throws NullPointerException    {@inheritDoc}
*/
public Future<?> submit(Runnable task) {
 if (task == null) throw new NullPointerException();
 RunnableFuture<Void> ftask = newTaskFor(task, null);
 execute(ftask);
 return ftask;
}

线程池的关闭 我们可以通过调用线程池的shutdown或shutdownNow方法来关闭线程池，但是它们的实现原理不同，shutdown的原理是只是将线程池的状态设置成SHUTDOWN状态，然后中断所有没有正在执行任务的线程。shutdownNow的原理是遍历线程池中的工作线程，然后逐个调用线程的interrupt方法来中断线程，所以无法响应中断的任务可能永远无法终止。shutdownNow会首先将线程池的状态设置成STOP，然后尝试停止所有的正在执行或暂停任务的线程，并返回等待执行任务的列表。

只要调用了这两个关闭方法的其中一个，isShutdown方法就会返回true。当所有的任务都已关闭后,才表示线程池关闭成功，这时调用isTerminaed方法会返回true。至于我们应该调用哪一种方法来关闭线程池，应该由提交到线程池的任务特性决定，通常调用shutdown来关闭线程池，如果任务不一定要执行完，则可以调用shutdownNow。

3.  线程池的分析

流程分析：线程池的主要工作流程如下图： Java线程池主要工作流程

从上图我们可以看出，当提交一个新任务到线程池时，线程池的处理流程如下：

1. 首先线程池判断基本线程池是否已满？没满，创建一个工作线程来执行任务。满了，则进入下个流程。

2. 其次线程池判断工作队列是否已满？没满，则将新提交的任务存储在工作队列里。满了，则进入下个流程。

3. 最后线程池判断整个线程池是否已满？没满，则创建一个新的工作线程来执行任务，满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

**源码分析。**上面的流程分析让我们很直观的了解的线程池的工作原理，让我们再通过源代码来看看是如何实现的。线程池执行任务的方法如下：

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);
}

工作线程。线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程Worker，Worker在执行完任务后，还会无限循环获取工作队列里的任务来执行。

来源：https://my.oschina.net/u/3758413/blog/1620433