java线程池优化

ThreadPoolExecutor机制
一、概述
1、ThreadPoolExecutor作为java.util.concurrent包对外提供基础实现，以内部线程池的形式对外提供管理任务执行，线程调度，线程池管理等等服务；
2、Executors方法提供的线程服务，都是通过参数设置来实现不同的线程池机制。
3、先来了解其线程池管理的机制，有助于正确使用，避免错误使用导致严重故障。同时可以根据自己的需求实现自己的线程池

二、核心构造方法讲解
下面是ThreadPoolExecutor最核心的构造方法
Java代码
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
int maximumPoolSize,
long keepAliveTime,
TimeUnit unit,
BlockingQueue<Runnable> workQueue,
ThreadFactory threadFactory,
RejectedExecutionHandler handler) {
if (corePoolSize < 0 ||
maximumPoolSize <= 0 ||
maximumPoolSize < corePoolSize ||
keepAliveTime < 0)
throw new IllegalArgumentException();
if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
throw new NullPointerException();
this.corePoolSize = corePoolSize;
this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
this.workQueue = workQueue;
this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
this.threadFactory = threadFactory;
this.handler = handler;
}

构造方法参数讲解
参数名 作用
corePoolSize 核心线程池大小
maximumPoolSize 最大线程池大小
keepAliveTime 线程池中超过corePoolSize数目的空闲线程最大存活时间；可以allowCoreThreadTimeOut(true)使得核心线程有效时间
TimeUnit keepAliveTime时间单位
workQueue 阻塞任务队列
threadFactory 新建线程工厂
RejectedExecutionHandler 当提交任务数超过maxmumPoolSize+workQueue之和时，任务会交给RejectedExecutionHandler来处理

一、ThreadPoolExecutor的重要参数

corePoolSize：核心线程数
核心线程会一直存活，及时没有任务需要执行
当线程数小于核心线程数时，即使有线程空闲，线程池也会优先创建新线程处理
设置allowCoreThreadTimeout=true（默认false）时，核心线程会超时关闭
queueCapacity：任务队列容量（阻塞队列）
当核心线程数达到最大时，新任务会放在队列中排队等待执行
maxPoolSize：最大线程数
当线程数>=corePoolSize，且任务队列已满时。线程池会创建新线程来处理任务
当线程数=maxPoolSize，且任务队列已满时，线程池会拒绝处理任务而抛出异常
keepAliveTime：线程空闲时间
当线程空闲时间达到keepAliveTime时，线程会退出，直到线程数量=corePoolSize
如果allowCoreThreadTimeout=true，则会直到线程数量=0
allowCoreThreadTimeout：允许核心线程超时
rejectedExecutionHandler：任务拒绝处理器
两种情况会拒绝处理任务：
当线程数已经达到maxPoolSize，切队列已满，会拒绝新任务
当线程池被调用shutdown()后，会等待线程池里的任务执行完毕，再shutdown。如果在调用shutdown()和线程池真正shutdown之间提交任务，会拒绝新任务
线程池会调用rejectedExecutionHandler来处理这个任务。如果没有设置默认是AbortPolicy，会抛出异常
ThreadPoolExecutor类有几个内部实现类来处理这类情况：
AbortPolicy 丢弃任务，抛运行时异常
CallerRunsPolicy 执行任务
DiscardPolicy 忽视，什么都不会发生
DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列（最后一个执行）的任务
实现RejectedExecutionHandler接口，可自定义处理器

二、ThreadPoolExecutor执行顺序：
线程池按以下行为执行任务

当线程数小于核心线程数时，创建线程。
当线程数大于等于核心线程数，且任务队列未满时，将任务放入任务队列。
当线程数大于等于核心线程数，且任务队列已满
若线程数小于最大线程数，创建线程
若线程数等于最大线程数，抛出异常，拒绝任务

三、如何设置参数

默认值
corePoolSize=1
queueCapacity=Integer.MAX_VALUE
maxPoolSize=Integer.MAX_VALUE
keepAliveTime=60s
allowCoreThreadTimeout=false
rejectedExecutionHandler=AbortPolicy()
如何来设置
需要根据几个值来决定
tasks ：每秒的任务数，假设为500~1000
taskcost：每个任务花费时间，假设为0.1s
responsetime：系统允许容忍的最大响应时间，假设为1s
做几个计算
corePoolSize = 每秒需要多少个线程处理？
threadcount = tasks/(1/taskcost) =tasks*taskcout = (500~1000)*0.1 = 50~100 个线程。corePoolSize设置应该大于50
根据8020原则，如果80%的每秒任务数小于800，那么corePoolSize设置为80即可
queueCapacity = (coreSizePool/taskcost)*responsetime
计算可得 queueCapacity = 80/0.1*1 = 80。意思是队列里的线程可以等待1s，超过了的需要新开线程来执行
切记不能设置为Integer.MAX_VALUE，这样队列会很大，线程数只会保持在corePoolSize大小，当任务陡增时，不能新开线程来执行，响应时间会随之陡增。
maxPoolSize = (max(tasks)- queueCapacity)/(1/taskcost)
计算可得 maxPoolSize = (1000-80)/10 = 92
（最大任务数-队列容量）/每个线程每秒处理能力 = 最大线程数
rejectedExecutionHandler：根据具体情况来决定，任务不重要可丢弃，任务重要则要利用一些缓冲机制来处理
keepAliveTime和allowCoreThreadTimeout采用默认通常能满足
以上都是理想值，实际情况下要根据机器性能来决定。如果在未达到最大线程数的情况机器cpu load已经满了，则需要通过升级硬件（呵呵）和优化代码，降低taskcost来处理。
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重点讲解：
其中比较容易让人误解的是：corePoolSize，maximumPoolSize，workQueue之间关系。

1.当线程池小于corePoolSize时，新提交任务将创建一个新线程执行任务，即使此时线程池中存在空闲线程。
2.当线程池达到corePoolSize时，新提交任务将被放入workQueue中，等待线程池中任务调度执行
3.当workQueue已满，且maximumPoolSize>corePoolSize时，新提交任务会创建新线程执行任务
4.当提交任务数超过maximumPoolSize时，新提交任务由RejectedExecutionHandler处理
5.当线程池中超过corePoolSize线程，空闲时间达到keepAliveTime时，关闭空闲线程
6.当设置allowCoreThreadTimeOut(true)时，线程池中corePoolSize线程空闲时间达到keepAliveTime也将关闭

线程管理机制图示：

三、Executors提供的线程池配置方案

1、构造一个固定线程数目的线程池，配置的corePoolSize与maximumPoolSize大小相同，同时使用了一个无界LinkedBlockingQueue存放阻塞任务，因此多余的任务将存在再阻塞队列，不会由RejectedExecutionHandler处理
Java代码
public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

2、构造一个缓冲功能的线程池，配置corePoolSize=0，maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE，keepAliveTime=60s,以及一个无容量的阻塞队列 SynchronousQueue，因此任务提交之后，将会创建新的线程执行；线程空闲超过60s将会销毁
Java代码
public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
}

3、构造一个只支持一个线程的线程池，配置corePoolSize=maximumPoolSize=1，无界阻塞队列LinkedBlockingQueue；保证任务由一个线程串行执行
Java代码
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
return new FinalizableDelegatedExecutorService
(new ThreadPoolExecutor(1, 1,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

4、构造有定时功能的线程池，配置corePoolSize，无界延迟阻塞队列DelayedWorkQueue；有意思的是：maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE，由于DelayedWorkQueue是无界队列，所以这个值是没有意义的
Java代码
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(
int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) {
return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory);
}

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
ThreadFactory threadFactory) {
super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, TimeUnit.NANOSECONDS,
new DelayedWorkQueue(), threadFactory);
}

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总结：
1、用ThreadPoolExecutor自定义线程池，看线程是的用途，如果任务量不大，可以用无界队列，如果任务量非常大，要用有界队列，防止OOM
2、如果任务量很大，还要求每个任务都处理成功，要对提交的任务进行阻塞提交，重写拒绝机制，改为阻塞提交。保证不抛弃一个任务
3、最大线程数一般设为2N+1最好，N是CPU核数
4、核心线程数，看应用，如果是任务，一天跑一次，设置为0，合适，因为跑完就停掉了，如果是常用线程池，看任务量，是保留一个核心还是几个核心线程数
5、如果要获取任务执行结果，用CompletionService，但是注意，获取任务的结果的要重新开一个线程获取，如果在主线程获取，就要等任务都提交后才获取，就会阻塞大量任务结果，队列过大OOM，所以最好异步开个线程获取结果