【Java 线程池】Java 创建线程池的正确姿势： Executors 和 ThreadPoolExecutor 详解
【Java 线程池】Java 创建线程池的正确姿势： Executors 和 ThreadPoolExecutor 详解
我们先看 Java 开发手册上说的：
我们可以看一下源码：
这里的 ThreadPoolExecutor 的构造函数如下：
/**
* Creates a new {@code ThreadPoolExecutor} with the given initial
* parameters and default thread factory and rejected execution handler.
* It may be more convenient to use one of the {@link Executors} factory
* methods instead of this general purpose constructor.
*
* @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even
* if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set
* @param maximumPoolSize the maximum number of threads to allow in the
* pool
* @param keepAliveTime when the number of threads is greater than
* the core, this is the maximum time that excess idle threads
* will wait for new tasks before terminating.
* @param unit the time unit for the {@code keepAliveTime} argument
* @param workQueue the queue to use for holding tasks before they are
* executed. This queue will hold only the {@code Runnable}
* tasks submitted by the {@code execute} method.
* @throws IllegalArgumentException if one of the following holds:<br>
* {@code corePoolSize < 0}<br>
* {@code keepAliveTime < 0}<br>
* {@code maximumPoolSize <= 0}<br>
* {@code maximumPoolSize < corePoolSize}
* @throws NullPointerException if {@code workQueue} is null
*/
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
}参数说明：
类图结构：
Executors的创建线程池的方法，创建出来的线程池都实现了ExecutorService接口。常用方法有以下几个：
newFiexedThreadPool(int Threads)：创建固定数目线程的线程池。
newCachedThreadPool()：创建一个可缓存的线程池，调用execute 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果没有可用的线程，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。
newSingleThreadExecutor()创建一个单线程化的Executor。
newScheduledThreadPool(int corePoolSize) 创建一个支持定时及周期性的任务执行的线程池，多数情况下可用来替代Timer类。
类看起来功能还是比较强大的，又用到了工厂模式、又有比较强的扩展性，重要的是用起来还比较方便，如：
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(nThreads) ;即可创建一个固定大小的线程池。
执行原理
线程池执行器将会根据corePoolSize和maximumPoolSize自动地调整线程池大小。
当在execute(Runnable)方法中提交新任务并且少于corePoolSize线程正在运行时，即使其他工作线程处于空闲状态，也会创建一个新线程来处理该请求。 如果有多于corePoolSize但小于maximumPoolSize线程正在运行，则仅当队列已满时才会创建新线程。 通过设置corePoolSize和maximumPoolSize相同，您可以创建一个固定大小的线程池。 通过将maximumPoolSize设置为基本上无界的值，例如Integer.MAX_VALUE，您可以允许池容纳任意数量的并发任务。 通常，核心和最大池大小仅在构建时设置，但也可以使用setCorePoolSize和setMaximumPoolSize进行动态更改。
这段话详细了描述了线程池对任务的处理流程，这里用个图总结一下
使用 Executors 创建四种类型的线程池
newCachedThreadPool是Executors工厂类的一个静态函数，用来创建一个可以无限扩大的线程池。
而Executors工厂类一共可以创建四种类型的线程池，通过Executors.newXXX即可创建。下面就分别都介绍一下。
1. FixedThreadPool
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads){
return new ThreadPoolExecutor(nThreads,nThreads,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
- 它是一种固定大小的线程池；
- corePoolSize和maximunPoolSize都为用户设定的线程数量nThreads；
- keepAliveTime为0，意味着一旦有多余的空闲线程，就会被立即停止掉；但这里keepAliveTime无效；
- 阻塞队列采用了LinkedBlockingQueue，它是一个无界队列；
- 由于阻塞队列是一个无界队列，因此永远不可能拒绝任务；
- 由于采用了无界队列，实际线程数量将永远维持在nThreads，因此maximumPoolSize和keepAliveTime将无效。
2. CachedThreadPool
public static ExecutorService newCachedThreadPool(){
return new ThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,60L,TimeUnit.MILLISECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>());
}
- 它是一个可以无限扩大的线程池；
- 它比较适合处理执行时间比较小的任务；
- corePoolSize为0，maximumPoolSize为无限大，意味着线程数量可以无限大；
- keepAliveTime为60S，意味着线程空闲时间超过60S就会被杀死；
- 采用SynchronousQueue装等待的任务，这个阻塞队列没有存储空间，这意味着只要有请求到来，就必须要找到一条工作线程处理他，如果当前没有空闲的线程，那么就会再创建一条新的线程。
3. SingleThreadExecutor
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(){
return new ThreadPoolExecutor(1,1,0L,TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}
- 它只会创建一条工作线程处理任务；
- 采用的阻塞队列为LinkedBlockingQueue；
4. ScheduledThreadPool
它用来处理延时任务或定时任务。
- 它接收SchduledFutureTask类型的任务，有两种提交任务的方式：
- scheduledAtFixedRate
- scheduledWithFixedDelay
- SchduledFutureTask接收的参数：
- time：任务开始的时间
- sequenceNumber：任务的序号
- period：任务执行的时间间隔
- 它采用DelayQueue存储等待的任务
- DelayQueue内部封装了一个PriorityQueue，它会根据time的先后时间排序，若time相同则根据sequenceNumber排序；
- DelayQueue也是一个无界队列；
- 工作线程的执行过程：
- 工作线程会从DelayQueue取已经到期的任务去执行；
- 执行结束后重新设置任务的到期时间，再次放回DelayQueue
Executors存在什么问题
在阿里巴巴Java开发手册中提到，使用Executors创建线程池可能会导致OOM(OutOfMemory ,内存溢出)，但是并没有说明为什么，那么接下来我们就来看一下到底为什么不允许使用Executors？
我们先来一个简单的例子，模拟一下使用Executors导致OOM的情况。
/**
* @author Hollis
*/
public class ExecutorsDemo {
private static ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(15);
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
executor.execute(new SubThread());
}
}
}
class SubThread implements Runnable {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException e) {
//do nothing
}
}
}通过指定JVM参数：-Xmx8m -Xms8m 运行以上代码，会抛出OOM:
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
at java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue.offer(LinkedBlockingQueue.java:416)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1371)
at com.hollis.ExecutorsDemo.main(ExecutorsDemo.java:16)
以上代码指出，ExecutorsDemo.java的第16行，就是代码中的executor.execute(new SubThread());。Executors为什么存在缺陷
通过上面的例子，我们知道了Executors创建的线程池存在OOM的风险，那么到底是什么原因导致的呢？我们需要深入Executors的源码来分析一下。
其实，在上面的报错信息中，我们是可以看出蛛丝马迹的，在以上的代码中其实已经说了，真正的导致OOM的其实是LinkedBlockingQueue.offer方法。
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
at java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue.offer(LinkedBlockingQueue.java:416)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1371)
at com.hollis.ExecutorsDemo.main(ExecutorsDemo.java:16)如果读者翻看代码的话，也可以发现，其实底层确实是通过LinkedBlockingQueue实现的：
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());如果读者对Java中的阻塞队列有所了解的话，看到这里或许就能够明白原因了。
Java中的BlockingQueue主要有两种实现，分别是ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue。
ArrayBlockingQueue是一个用数组实现的有界阻塞队列，必须设置容量。
LinkedBlockingQueue是一个用链表实现的有界阻塞队列，容量可以选择进行设置，不设置的话，将是一个无边界的阻塞队列，最大长度为Integer.MAX_VALUE。
这里的问题就出在：不设置的话，将是一个无边界的阻塞队列，最大长度为Integer.MAX_VALUE。也就是说，如果我们不设置LinkedBlockingQueue的容量的话，其默认容量将会是Integer.MAX_VALUE。
而newFixedThreadPool中创建LinkedBlockingQueue时，并未指定容量。此时，LinkedBlockingQueue就是一个无边界队列，对于一个无边界队列来说，是可以不断的向队列中加入任务的，这种情况下就有可能因为任务过多而导致内存溢出问题。
上面提到的问题主要体现在newFixedThreadPool和newSingleThreadExecutor两个工厂方法上，并不是说newCachedThreadPool和newScheduledThreadPool这两个方法就安全了，这两种方式创建的最大线程数可能是Integer.MAX_VALUE，而创建这么多线程，必然就有可能导致OOM。
创建线程池的正确姿势
避免使用Executors创建线程池，主要是避免使用其中的默认实现，那么我们可以自己直接调用ThreadPoolExecutor的构造函数来自己创建线程池。在创建的同时，给BlockQueue指定容量就可以了。
private static ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(10, 10,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue(10));这种情况下，一旦提交的线程数超过当前可用线程数时，就会抛出java.util.concurrent.RejectedExecutionException，这是因为当前线程池使用的队列是有边界队列，队列已经满了便无法继续处理新的请求。但是异常（Exception）总比发生错误（Error）要好。
除了自己定义ThreadPoolExecutor外。还有其他方法。这个时候第一时间就应该想到开源类库，如apache和guava等。
作者推荐使用guava提供的ThreadFactoryBuilder来创建线程池。
public class ExecutorsDemo {
private static ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder()
.setNameFormat("demo-pool-%d").build();
private static ExecutorService pool = new ThreadPoolExecutor(5, 200,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1024), namedThreadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
pool.execute(new SubThread());
}
}
}通过上述方式创建线程时，不仅可以避免OOM的问题，还可以自定义线程名称，更加方便的出错的时候溯源。