Executor并发框架--线程池,ThreadToolExecutor初步

Executor存在的目的是提供一种将"任务提交"与"任务如何运行"分离开来的机制。虽然只有一个方法，但是却为灵活且强大的异步任务执行框架提供了基础。它提供了一种标准的方法将任务的提交过程与执行过程解耦开来，并用Runnable来表示任务。
一、线程池
    对于数据库连接，我们经常听到数据库连接池这个概念。因为建立数据库连接时非常耗时的一个操作，其中涉及到网络IO的一些操作。因此就想出把连接通过一个连接池来管理。需要连接的话，就从连接池里取一个。当使用完了，就“关闭”连接，这不是正在意义上的关闭，只是把连接放回到我们的池里，供其他人在使用。所以对于线程，也有了线程池这个概念，其中的原理和数据库连接池是差不多的，因此java jdk中也提供了线程池的功能。
    线程池的作用：线程池就是限制系统中使用线程的数量以及更好的使用线程
    根据系统的运行情况，可以自动或手动设置线程数量，达到运行的最佳效果：配置少了，将影响系统的执行效率，配置多了，又会浪费系统的资源。用线程池配置数量，其他线程排队等候。当一个任务执行完毕后，就从队列中取一个新任务运行，如果没有新任务，那么这个线程将等待。如果来了一个新任务，但是没有空闲线程的话，那么把任务加入到等待队列中。
为什么要用线程池:
    .减少线程创建和销毁的次数，使线程可以多次复用
    .可以根据系统情况，调整线程的数量。防止创建过多的线程，消耗过多的内存（每个线程1M左右）
Java里面线程池的顶级接口是Executor，但是严格意义上讲Executor并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是ExecutorService。Executors类，提供了一系列工厂方法用于创先线程池，返回的线程池都实现了ExecutorService接口。
比较重要的几个类：
ExecutorService
真正的线程池接口。
ScheduledExecutorService
能和Timer/TimerTask类似，解决那些需要任务重复执行的问题。
ThreadPoolExecutor
ExecutorService的默认实现。
ScheduledThreadPoolExecutor
继承ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口实现，周期性任务调度的类实现。
    要配置一个线程池是比较复杂的，尤其是对于线程池的原理不是很清楚的情况下，很有可能配置的线程池不是较优的，因此在Executors类里面提供了一些静态工厂，生成一些常用的线程池。
java通过Executors提供四种线程池，分别为：
    、Executors.newCachedThreadPool()，创建一个可缓存线程池，缓冲池容量大小为Integer.MAX_VALUE，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。
    、Executors.newFixedThreadPool(int) 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。
    、newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
    、Executors.newSingleThreadExecutor() 创建一个单线程化(容量为1)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。
-.newSingleThreadExecutor
Executors类里的两个静态实现方法
<pre name="code" class="java">    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(, ,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(, ,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                    threadFactory));
    }
    创建一个单线程的线程池。这个线程池只有一个线程在工作，也就是相当于单线程串行执行所有任务。如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。测试：
    /**
     * 4、Executors.newSingleThreadExecutor() 创建一个单线程化(容量为1)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。
     */
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = ; i < ; i++) {
            final int index = i;
            singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println("ThreadName:" + Thread.currentThread().getName()+","+index);
                        Thread.sleep();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
...... 线程名都一样，说明是同一个线程
-.newFixedThreadPool
     Executors类里的构造方法，可以看到，corePoolSize和maximumPoolSize的大小是一样的（实际上，后面会介绍，如果使用无界queue的话 maximumPoolSize参数是没有意义的），keepAliveTime和unit的设值表明什么？-就是该实现不想keep alive！最后的BlockingQueue选择了LinkedBlockingQueue，该queue有一个特点，他是无界的。
<pre name="code" class="java"><pre name="code" class="java">    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
    }

    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }
    创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程，直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，在提交新任务，任务将会进入等待队列中等待。如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 2、Executors.newFixedThreadPool(int) 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。
         *
         * 因为线程池大小为3，每个任务输出index后sleep 2秒，所以每两秒打印3个数字。
         * 定长线程池的大小最好根据系统资源进行设置。如Runtime.getRuntime().availableProcessors()
         */
        ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool();
        for (int i = ; i < ; i++) {
            final int index = i;
            fixedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    try {
                        System.out.println("ThreadName:" + Thread.currentThread().getName()+","+index);
                        Thread.sleep();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            });
        }
    }
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
。。。。。。
-.newCachedThreadPool
    该线程池比较适合没有固定大小并且比较快速就能完成的小任务，它将为每个任务创建一个线程。那这样子它与直接创建线程对象（new Thread()）有什么区别呢？看到它的第三个参数60L和第四个参数TimeUnit.SECONDS了吗？好处就在于60秒内能够重用已创建的线程。
  //这个实现就有意思了。首先是无界的线程池，所以我们可以发现maximumPoolSize为big big。其次BlockingQueue的选择上使用SynchronousQueue。
//可能对于该BlockingQueue有些陌生，简单说：该 QUEUE中，每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作。
  public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

    public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) {
        return new ThreadPoolExecutor(, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>(),
                                      threadFactory);
    }
    创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程，那么就会回收部分空闲（60秒处于等待任务到来）的线程，当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池的最大值是Integer的最大值(^-)。
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 1、Executors.newCachedThreadPool()，创建一个可缓存线程池，缓冲池容量大小为Integer.MAX_VALUE，
         * 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。
         *
         * 线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。
         */
        ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = ; i < ; i++) {
            final int index = i;
            try {
                Thread.sleep( );
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //任务提交
            cachedThreadPool.execute(new Runnable() {
                public void run() {
                    //线程名一样
                    System.out.println("ThreadName:" + Thread.currentThread().getName()+","+index);
                }
            });
        }
        /**
         * ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，其中：
         * shutdown()：不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务
         * shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务
         */
        cachedThreadPool.shutdownNow();
    }
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
ThreadName:pool--thread-,
......     线程池为无限大，当执行第二个任务时第一个任务已经完成，会复用执行第一个任务的线程，而不用每次新建线程。
-.newScheduledThreadPool
<pre name="code" class="java">    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(, ,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

    public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(, ,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
                                    threadFactory));
    }
    创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 3、newScheduledThreadPool 创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。
         */
        //延迟执行示例代码如下：
/*        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
        scheduledThreadPool.schedule(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("delay 3 seconds");
            }
        }, 3, TimeUnit.SECONDS);  //延迟3秒后执行run方法。
*/
        // 定期执行示例代码如下：
        ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool();
        scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
            public void run() {
                System.out.println("delay 1 seconds, and excute every 3 seconds");
            }
        }, , , TimeUnit.SECONDS); //延迟1秒后每3秒执行一次。
    }
    > 除了CachedThreadPool使用的是直接提交策略的缓冲队列以外，其余两个用的采用的都是无界缓冲队列，也就说，FixedThreadPool和SingleThreadExecutor创建的线程数量就不会超过 corePoolSize。　
    > 我们可以再来看看三个线程池采用的ThreadPoolExecutor构造方法都是同一个，使用的都是默认的ThreadFactory和handler:　也就说三个线程池创建的线程对象都是同组，优先权等级为正常的Thread.NORM_PRIORITY（）的非守护线程，使用的被拒绝任务处理方式是直接抛出异常的AbortPolicy策略
、ExecutorService任务周期管理接口
Executor的实现通常都会创建线程来执行任务，但是使用异步方式来执行任务时，由于之前提交任务的状态不是立即可见的，所以如果要关闭应用程序时，就需要将受影响的任务状态反馈给应用程序。

为了解决执行服务的生命周期问题，Executor扩展了EecutorService接口，添加了一些用于生命周期管理的方法。如下：

public interface ExecutorService extends Executor {
    void shutdown();
    List<Runnable> shutdownNow();
    boolean isShutdown();
    boolean isTerminated();
    boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
    // 省略部分方法
}
二、ThreadToolExecutor详解
      java.uitl.concurrent.ThreadPoolExecutor类是线程池中最核心的一个类，因此如果要透彻地了解Java中的线程池，必须先了解这个类。下面我们来看一下ThreadPoolExecutor类的具体实现源码。
　　在ThreadPoolExecutor类中提供了四个构造方法：
public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {
    ....
    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue) {

        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
                Executors.defaultThreadFactory(), defaultHandler);
    }

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory) {

        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
                threadFactory, defaultHandler);
    }

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue, RejectedExecutionHandler handler) {

        this(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue,
                Executors.defaultThreadFactory(), handler);
    }

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize <  || maximumPoolSize <=  ||
                maximumPoolSize < corePoolSize || keepAliveTime < )
            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;
    }
    ....
 }
    从上面的代码可以得知，ThreadPoolExecutor继承了AbstractExecutorService类，并提供了四个构造器，事实上，通过观察每个构造器的源码具体实现，发现前面三个构造器都是调用的第四个构造器进行的初始化工作
    corePoolSize：核心池的大小，这个参数跟后面讲述的线程池的实现原理有非常大的关系。在创建了线程池后，默认情况下，线程池中并没有 任何线程，而是等待有任务到来才创建线程去执行任务，除非调用了prestartAllCoreThreads()或者 prestartCoreThread()方法，从这2个方法的名字就可以看出，是预创建线程的意思，即在没有任务到来之前就创建 corePoolSize个线程或者一个线程。默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，就会创建一个线程去执行任务，当线 程池中的线程数目达到corePoolSize后，就会把到达的任务放到缓存队列当中；在没有设置allowCoreThreadTimeOut为true情况下，核心线程不会销毁；
    maximumPoolSize：线程池最大线程数，这个参数也是一个非常重要的参数，它表示在线程池中最多能创建多少个线程；该值实际的可设置最大值不是Integer.MAX_VALUE，而是常量CAPACITY
> corePoolSize与maximumPoolSize  由于ThreadPoolExecutor 将根据 corePoolSize和 maximumPoolSize设置的边界自动调整池大小，当新任务在方法 execute(java.lang.Runnable) 中提交时：
           如果运行的线程少于 corePoolSize，则创建新线程来处理请求，即使其他辅助线程是空闲的；
    　　如果设置的corePoolSize 和 maximumPoolSize相同，则创建的线程池是大小固定的，如果运行的线程与corePoolSize相同，当有新请求过来时，若workQueue未满，则将请求放入workQueue中，等待有空闲的线程去从workQueue中取任务并处理
    　　如果运行的线程多于 corePoolSize 而少于 maximumPoolSize，则仅当队列满时才创建新线程才创建新的线程去处理请求；
    　　如果运行的线程多于corePoolSize 并且等于maximumPoolSize，若队列已经满了，则通过handler所指定的策略来处理新请求；
    　　如果将 maximumPoolSize 设置为基本的无界值（如 Integer.MAX_VALUE），则允许池适应任意数量的并发任务

也就是说，处理任务的优先级为：
    . 核心线程corePoolSize > 任务队列workQueue > 最大线程maximumPoolSize，如果三者都满了，使用handler处理被拒绝的任务。
    . 当池中的线程数大于corePoolSize的时候，多余的线程会等待keepAliveTime长的时间，如果无请求可处理就自行销毁。

    keepAliveTime：表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止。默认情况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize 时，keepAliveTime才会起作用，直到线程池中的线程数不大于corePoolSize。即当线程池中的线程数大于corePoolSize 时，如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。但是如果调用了 allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，在线程池中的线程数不大于corePoolSize 时，keepAliveTime参数也会起作用，直到线程池中的线程数为0；
> workQueue 线程池所使用的缓冲队列，该缓冲队列的长度决定了能够缓冲的最大数量，缓冲队列有三种通用策略：
　　) 直接提交。工作队列的默认选项是 SynchronousQueue，它将任务直接提交给线程而不保持它们。在此，如果不存在可用于立即运行任务的线程，则试图把任务加入队列将失败，因此会构造一个新的线程。此策略可以避免在处理可能具有内部依赖性的请求集时出现锁。直接提交通常要求无界 maximumPoolSizes 以避免拒绝新提交的任务。当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性;
 　　) 无界队列。使用无界队列（例如，不具有预定义容量的 LinkedBlockingQueue）将导致在所有 corePoolSize 线程都忙时新任务在队列中等待。这样，创建的线程就不会超过 corePoolSize。（因此，maximumPoolSize 的值也就无效了。）当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用无界队列；例如，在 Web 页服务器中。这种排队可用于处理瞬态突发请求，当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性;
 　　) 有界队列。当使用有限的 maximumPoolSizes 时，有界队列（如 ArrayBlockingQueue）有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制。队列大小和最大池大小可能需要相互折衷：使用大型队列和小型池可以最大限度地降低 CPU 使用率、操作系统资源和上下文切换开销，但是可能导致人工降低吞吐量。如果任务频繁阻塞（例如，如果它们是 I/O 边界），则系统可能为超过您许可的更多线程安排时间。使用小型队列通常要求较大的池大小，CPU 使用率较高，但是可能遇到不可接受的调度开销，这样也会降低吞吐量.

    unit：参数keepAliveTime的时间单位，有7种取值，在TimeUnit类中有7种静态属性：
TimeUnit.DAYS;               //天
TimeUnit.HOURS;             //小时
TimeUnit.MINUTES;           //分钟
TimeUnit.SECONDS;           //秒
TimeUnit.MILLISECONDS;      //毫秒
TimeUnit.MICROSECONDS;      //微妙
TimeUnit.NANOSECONDS;       //纳秒
TimeUnit.SECONDS.sleep();相当于 Thread.sleep();
    workQueue：一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，这个参数的选择也很重要，会对线程池的运行过程产生重大影响，一般来说，这里的阻塞队列有以下几种选择：
ArrayBlockingQueue; //有界队列
LinkedBlockingQueue; //无界队列
SynchronousQueue; //特殊的一个队列，只有存在等待取出的线程时才能加入队列，可以说容量为0，是无界队列
     ArrayBlockingQueue和PriorityBlockingQueue使用较少，一般使用LinkedBlockingQueue和Synchronous。线程池的排队策略与BlockingQueue有关。
    threadFactory：线程工厂，主要用来创建线程；
>ThreadFactory   使用 ThreadFactory 创建新线程。如果没有另外说明，则在同一个 ThreadGroup 中一律使用 Executors.defaultThreadFactory() 创建线程，并且这些线程具有相同的 NORM_PRIORITY 优先级和非守护进程状态。通过提供不同的 ThreadFactory，可以改变线程的名称、线程组、优先级、守护进程状态等等。如果从 newThread 返回 null 时 ThreadFactory 未能创建线程，则执行程序将继续运行，但不能执行任何任务。
    handler：表示当拒绝处理任务时的策略，有以下四种取值：
ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务
ThreadPoolExecutor是Executors类的底层实现。
在JDK帮助文档中，有如此一段话：
    “强烈建议程序员使用较为方便的 Executors 工厂方法 Executors.newCachedThreadPool()（无界线程池，可以进行自动线程回收）、Executors.newFixedThreadPool(int)（固定大小线程池）Executors.newSingleThreadExecutor()（单个后台线程）
    它们均为大多数使用场景预定义了设置。”

通过上面的4个构造函数创建完线程池后，就可以通过submit或execute方法提交任务；
工作完成后当然最后要关闭线程池，可以调用下面两个方法：
  - shutdown()：对已经在执行的线程进行关闭，不再接收新的任务；
  - shutdownNow()：尝试停止正在执行的线程，会清除任务队列中的任务；
以上两个方法都不会等到所有任务完成后关闭，需要通过awaitTermination(long, TimeUnit)方法实现；