线程池ThreadPoolExecutor详解

一、什么是线程

先来看枯燥的定义：线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，是进程中的实际运作单元，共享进程资源但拥有独立的执行上下文。

通俗来说，线程必须依赖于进程而存在，多个线程可以并发执行，共享进程资源，具体区别可以看下表所示：

对比维度	程序（Program）	进程（Process）	线程（Thread）
定义	静态的代码和数据集合（如 `.exe`、`.class` 文件），未运行时存于磁盘。	程序的一次动态执行实例，是操作系统分配资源的基本单位。	进程内的一条执行路径，是程序执行的最小调度单位。
存在形式	静态文件，不占用系统资源（CPU、内存等）。	动态实体，占用独立的内存空间、系统资源（如文件句柄、CPU 时间片）。	动态实体，依附于进程存在，共享进程的资源（代码段、数据段等），仅拥有独立的栈和寄存器状态。
资源分配	无，仅存储代码和数据，未激活时不涉及资源。	拥有独立的地址空间、内存、文件句柄、环境变量等资源，与其他进程隔离。	不独立分配资源，共享所属进程的资源（如打开的文件、全局变量），仅独占栈空间和线程本地存储（TLS）。
调度单位	不参与调度（非运行态）。	操作系统早期的调度单位（现在多为线程），调度开销较大。	现代操作系统的基本调度单位，调度开销小（上下文切换更快）。
独立性	无运行概念，不依赖进程 / 线程（仅作为文件存在）。	独立运行，不同进程间通过 IPC（进程间通信）协作，资源互不干扰。	不能独立存在，必须依附于进程，依赖进程提供运行环境（如内存空间、资源句柄）。
并发性	无并发性（静态文件）。	可包含多个线程，通过多线程实现内部并发；也可通过多进程实现并发（需 IPC）。	作为进程内的执行单元，多个线程可并发执行（CPU 分时或多核并行）。
生命周期	持久存在（除非被删除）。	动态创建（如 `fork()`、双击程序启动），动态销毁（如进程结束或崩溃）。	动态创建（如 `pthread_create()`、Java `new Thread()`），动态销毁（如线程结束或进程终止）。
举例	磁盘上的 `微信.exe`、`AndroidManifest.xml`（未运行）。	运行中的微信程序（一个进程）、Android 应用进程（如 `com.tencent.wechat`）。	微信进程中的网络请求线程、UI 渲染线程、消息处理线程等。
本质	“静态的指令集合”	“运行中的程序实例”（资源容器）	“进程内的执行路径”（任务单元）

二、为什么需要线程池

今天需要讨论的是线程池，那么我们为什么需要用到线程池呢？为什么不直接通过Thread.start来创建和启动线程来执行任务呢？总结起来大概有以下3个原因

线程创建销毁的成本高：如果频繁处理短耗时任务（如每次请求新建一个线程），创建 / 销毁的开销可能远大于任务执行本身，导致性能瓶颈。
减少上下文切换开销：操作系统在调度线程时，需要保存 / 恢复线程的执行上下文（寄存器、栈指针等），大量线程频繁切换会占用大量 CPU 时间。
防止无限创建线程导致系统崩溃：若直接为每个任务创建新线程，当任务量突然激增（如高并发请求），可能瞬间创建成百上千个线程，耗尽内存、CPU 资源或达到系统线程数限制（如 Linux 默认线程数限制约 1 万）。

三、ThreadPoolExecutor

3.1 线程池的状态

线程池的状态	说明
RUNNING	允许提交并处理任务
SHUTDOWN	不允许提交新的任务，但是会处理完已提交的任务
STOP	不允许提交新的任务，也不会处理阻塞队列中未执行的任务，并设置正在执行的线程的中断标志位
TIDYING	所有任务执行完毕，池中工作的线程数为0，等待执行terminated()的方法
TERMINATED	terminated()方法执行完毕

改变线程池状态的方法：

1 2	exexutor.shutdown() // 将线程池由 RUNNING（运行状态）转换为 SHUTDOWN状态 exexutor.shutdownNow() // 将线程池由RUNNING 或 SHUTDOWN 状态转换为 STOP 状态。

注：SHUTDOWN 状态和 STOP 状态先会转变为 TIDYING 状态，最终都会变为 TERMINATED

获取线程池状态的方法：

1
2

fixedExecutor.isShutdown // 检查执行器服务是否已经调用了 shutdown() 或者 shutdownNow() 方法。调用这两个方法之后，执行器服务会停止接受新任务，但已经提交的任务会继续执行。
executor.isTerminated // 检查执行器服务是否已经完全终止。只有在调用 shutdown() 或者 shutdownNow() 方法，并且所有已提交的任务都执行完毕之后，该方法才会返回 true。

3.2 线程池各参数的含义

定义线程池

val executor = ThreadPoolExecutor(
      /**
       * corePoolSize: 核心线程数
       * 空闲不会被回收，除非设置了:executor.allowCoreThreadTimeOut(true)
       */
      2,
      /**
       * maximumPoolSize: 最大线程数
       * 创建的线程总数不允许超过maximumPoolSize
       */
      3,
      /**
       * keepAliveTime: 非核心线程允许的空闲时间，超过就会被线程池回收
       * 但如果设置了allowCoreThreadTimeOut(true)，核心线程也会被回收
       */
      60,
      /**
       * unit: 时间计数单位
       */
      TimeUnit.SECONDS,

       * workQueue: 任务队列
       * 当创建的线程超过核心线程数且没有线程空闲时，则会将任务放在队列中
       */
      ArrayBlockingQueue(1),
      /**
       * handler: 任务超过线程池负荷的处理手段
       * 当池子中创建的线程数超过maximumPoolSize & workQueue已满的情况下，就会启用handler机制
       */
      DiscardOldestPolicy()
  )

线程池的主要处理流程

当调用线程池execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：

如果有空闲线程，则直接执行该任务；
如果没有空闲线程，且当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建新的线程执行该任务；
如果没有空闲线程，且当前的线程数等于corePoolSize，同时阻塞队列未满，则将任务入队列，而不添加新的线程；
如果没有空闲线程，且阻塞队列已满，同时池中的线程数小于maximumPoolSize ，则创建新的线程执行任务；
如果没有空闲线程，且阻塞队列已满，同时池中的线程数等于maximumPoolSize ，则根据构造函数中的 handler 指定的策略来拒绝新的任务。

3.3 重要参数解析

KeepAliveTime

keepAliveTime ：表示空闲线程的存活时间
TimeUnit unit ：表示keepAliveTime的单位

当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。

注：如果线程池设置了allowCoreThreadTimeout参数为true（默认false），那么当空闲线程超过keepaliveTime后直接停掉。（不会判断线程数是否大于corePoolSize）即：最终线程数会变为0。

workQueue 任务队列

决定了缓存任务的排队策略

ThreadPoolExecutor线程池推荐了三种等待队列，它们是：SynchronousQueue 、LinkedBlockingQueue和 ArrayBlockingQueue。

1）有界队列：

SynchronousQueue ：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue，静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool 使用了这个队列。
ArrayBlockingQueue：一个由数组支持的有界阻塞队列。此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。一旦创建了这样的缓存区，就不能再增加其容量。试图向已满队列中放入元素会导致操作受阻塞；试图从空队列中提取元素将导致类似阻塞。

2）无界队列：

LinkedBlockingQueue：基于链表结构的无界阻塞队列，它可以指定容量也可以不指定容量（实际上任何无限容量的队列/栈都是有容量的，这个容量就是Integer.MAX_VALUE）
PriorityBlockingQueue：是一个按照优先级进行内部元素排序的无界阻塞队列。队列中的元素必须实现 Comparable 接口，这样才能通过实现compareTo()方法进行排序。优先级最高的元素将始终排在队列的头部；PriorityBlockingQueue 不会保证优先级一样的元素的排序。

注意：keepAliveTime和maximumPoolSize及BlockingQueue的类型均有关系。如果BlockingQueue是无界的，那么永远不会触发maximumPoolSize，自然keepAliveTime也就没有了意义。

threadFactory

指定创建线程的工厂。（可以不指定）

如果不指定线程工厂时，ThreadPoolExecutor 会使用ThreadPoolExecutor.defaultThreadFactory 创建线程。默认工厂创建的线程：同属于相同的线程组，具有同为 Thread.NORM_PRIORITY 的优先级，以及名为 “pool-XXX-thread-” 的线程名（XXX为创建线程时顺序序号），且创建的线程都是非守护进程。

handler 拒绝策略：

handler ：表示当 workQueue 已满，且池中的线程数达到 maximumPoolSize 时，线程池拒绝添加新任务时采取的策略。（可以不指定）

策略	解析
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()	抛出 RejectedExecutionException 异常。默认策略
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()	由向线程池提交任务的线程来执行该任务
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()	抛弃当前的任务
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()	抛弃最旧的任务（最先提交而没有得到执行的任务）

最科学的的还是 AbortPolicy 提供的处理方式：抛出异常，由开发人员进行处理。

参考来源：博客_ThreadPoolExecutor详解

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