Java线程池基础 线程池实现

一、Java线程池基础

interface Callable<V>

1、V call()，相比Runnable，可以返回结果，可以抛出异常；

interface ThreadFactory

1、Thread newThread(Runnable r)，构造一个可用线程；

interface Executor

1、void execute(Runnable command)，提交任务，如果无法提交则抛出异常；

interface ExecutorService extends Executor

1、Future<?> submit(Runnable task)，提交任务，并返回任务监视器；

2、Future<T> submit(Callable<T> task)，提交任务，并返回任务监视器；

3、List<Future<T>> invokeAll(tasks)，所有任务执行成功才返回，可以被中断，被中断时未完成任务取消；

4、T invokeAny(tasks)，任意任务执行成功就返回，可以被中断，被中断时未完成任务取消；

5、void shutdown()，已提交任务继续执行，不再接受新任务；

6、List<Runnable> shutdownNow()，已执行任务强制终止，返回未执行任务；

7、boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)，等待线程池终止；

8、boolean isShutdown()，调用过shutdown；

9、boolean isTerminated()，线程池是否终止；

interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService

1、ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable, delay, unit)，执行定时任务一次，future可以等待任务执行；
2、ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, delay, unit)，执行定时任务一次，future可以等待任务执行；
3、ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(command, delay, period, unit)，固定速率重复执行任务，无法等待任务；
4、ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(command, delay, period, unit)，固定延迟重复执行任务，无法等待任务；

interface Future<V>

1、V get()，等待任务执行完成；

2、V get(long timeout, TimeUnit unit)，等待任务执行完成；

4、boolean isCancelled()，任务是否被取消；

5、boolean isDone()，任务是否完成，包括任务被取消；

interface ScheduledFuture<V> extends Delayed, Future<V>

interface RunnableScheduledFuture<V> extends RunnableFuture<V>, ScheduledFuture<V>

1、ScheduledFuture只是继承Delayed和Future接口，没有新增任何方法；

2、RunnableScheduledFuture增加isPeriodic方法，决定任务是否周期性执行；

使用详解：

1、Executor不允许提交null任务，否则抛出NullPointerException；

2、ExecutorService不允许提交null任务，否则抛出NullPointerException；

二、Java线程池实现

FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>

1、RunnableFuture接口继承Runnable和Future接口；

2、FutureTask维护一个等待队列，等待结果的线程都被放入队列；

3、成功取消任务时，所有等待线程都会立即收到通知；

4、成功取消任务时，已经运行的任务无法被终止，最多只能收到中断标志位；

5、成功取消任务时，任务不会立即从消息队列删除，而是被线程池从队列取出来空跑一次；

interface RejectedExecutionHandler

AbortPolicy implements RejectedExecutionHandler

1、rejectedExecution方法用于拒绝任务；

2、AbortPolicy拒绝任务时抛出异常RejectedExecutionException；

class AbstractExecutorService implements ExecutorService

class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService

1、boolean prestartCoreThread()，启动一个核心线程，节约线程创建时间；
2、int prestartAllCoreThreads()，启动所有核心线程，节约线程创建时间；

3、void allowCoreThreadTimeOut(boolean value)，设置核心线程是否可以销毁；

4、void purge()，立即清除队列中所有取消的任务；

5、void beforeExecute(Thread t, Runnable r)，开始执行任务回调；

6、void afterExecute(Runnable r, Throwable t)，结束执行任务回调；

7、void terminated()，终止线程池回调；

interface CompletionService<V>

class ExecutorCompletionService<V> implements CompletionService<V>

1、Future<V> poll()，检索已经完成的任务；
2、Future<V> poll(long timeout, TimeUnit unit)，检索已经完成的任务，允许指定超时时间；
3、Future<V> take()，检索已经完成的任务，如果检索失败则一直等待；

4、该线程池构造需要传入一个线程池，传入的线程池用于实际执行任务；

5、该线程池维护一个存放已经完成任务的队列，默认队列是LinkedBlockingQueue；

6、QueueingFuture继承FutureTask，实现done方法，在任务执行完成时将代理的任务放入队列；

class ScheduledThreadPoolExecutor extends ThreadPoolExecutor implements ScheduledExecutorService

1、void setContinueExistingPeriodicTasksAfterShutdownPolicy(boolean value)，SHUTDOWN状态是否可以继续执行周期任务，默认false；
2、void setExecuteExistingDelayedTasksAfterShutdownPolicy(boolean value)，SHUTDOWN状态是否可以继续执行延迟任务，默认true；
3、void setRemoveOnCancelPolicy(boolean value)，取消任务时是否立即从队列删除任务；

4、ScheduledExecutorService可以提交一次性或周期性任务，周期性任务执行完成后会被重新放入队列；

5、ScheduledExecutorService使用DelayedWorkQueue，任务到期了才能被取出来，获取和删除元素时间都是O(1)；

6、ScheduledExecutorService线程数量实际固定为核心线程数量，因为消息队列容量是无限的，可以无限放入任务；

7、ScheduledExecutorService实现了回调方法onShutdown，清除不需要运行的调度任务，这样线程池才能快速退出；

class Executors

1、ExecutorService newCachedThreadPool()，线程数量0到Integer.MAX_VALUE，有效期60秒，使用SynchronousQueue；

2、ExecutorService newFixedThreadPool(int n)，线程数量固定为n，有效期0秒，使用LinkedBlockingQueue；

3、ExecutorService newSingleThreadExecutor()，线程数量固定为1，有效期0秒，使用LinkedBlockingQueue；

4、ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int core)，线程数量core到Integer.MAX_VALUE，有效期0秒；

线程池生命周期：

1、RUNNING，可以接收新任务，可以处理队列的任务；

2、SHUTDOWN，不可以接收新任务，可以处理队列的任务；

3、STOP，不可以接收新任务，不可以处理队列的任务，并且中断运行中的任务；

4、TIDYING，所有任务终止，线程数量清零；

5、TERMINATED，terminated方法调用完成；

使用详解：

1、corePoolSize核心线程数量，maximumPoolSize最大线程数量，线程池空闲时会回收大于核心线程数量的线程；

2、keepAliveTime线程最长空闲时间，setKeepAliveTime修改该值，如果该值变小则会导致所有空闲线程被中断一次；

3、allowCoreThreadTimeOut表示核心线程是否可以销毁，keepAliveTime为零时allowCoreThreadTimeOut不能为true；

4、每个线程池包含一个重入锁，增加或销毁线程时都会持有锁，同时维护一个termination条件，线程池终止时收到通知；

5、每个工作线程被包装成一个Worker，Worker同时是一个非重入锁，负责获取和执行用户任务，执行用户任务的时候会锁住；

6、submit提交的任务需要包装成FutureTask，然后再调用execute，所以execute效率更高；

7、submit提交Callable时任务直接包装成FutureTask，submit提交Runnable时任务先包装成RunnableAdapter；

8、提交任务：如果核心线程数量不够，则创建新线程运行任务，否则将任务放入等待队列；

9、提交任务：如果任务无法放入等待队列，则创建新线程运行任务，达到最大线程数量则拒绝该任务；

10、单线程线程池一次只能执行一个任务，保证任务按照提交顺序执行；