线程池ThreadPoolExecutor与阻塞队列BlockingQueue应用

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1.线程池介绍

　　JDK5.0以上: java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor

构造函数签名:

public ThreadPoolExecutor(

    int corePoolSize,

    int maximumPoolSize,

    long keepAliveTime,

    TimeUnit unit,

    BlockingQueue<Runnable> workQueue,

    RejectedExecutionHandler handler

);

参数介绍:

corePoolSize 核心线程数，指保留的线程池大小（不超过maximumPoolSize值时，线程池中最多有corePoolSize 个线程工作）。

maximumPoolSize 指的是线程池的最大大小（线程池中最大有corePoolSize 个线程可运行）。

keepAliveTime 指的是空闲线程结束的超时时间（当一个线程不工作时，过keepAliveTime 长时间将停止该线程）。

unit 是一个枚举，表示 keepAliveTime 的单位（有NANOSECONDS, MICROSECONDS, MILLISECONDS, SECONDS, MINUTES, HOURS, DAYS，7个可选值）。

workQueue 表示存放任务的队列（存放需要被线程池执行的线程队列）。

handler 拒绝策略（添加任务失败后如何处理该任务）.

2.运行策略

1、线程池刚创建时，里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的。不过，就算队列里面有任务，线程池也不会马上执行它们。

2、当调用 execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：

a. 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；

b. 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列。

c. 如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么还是要创建线程运行这个任务；

d. 如果队列满了，而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常，告诉调用者“我不能再接受任务了”。

3、当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。

4、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。

这个过程说明，并不是先加入任务就一定会先执行。假设队列大小为 4，corePoolSize为2，maximumPoolSize为6，那么当加入15个任务时，执行的顺序类似这样：首先执行任务 1、2，然后任务3~6被放入队列。这时候队列满了，任务7、8、9、10 会被马上执行，而任务 11~15 则会抛出异常。最终顺序是：1、2、7、8、9、10、3、4、5、6。当然这个过程是针对指定大小的ArrayBlockingQueue<Runnable>来说，如果是LinkedBlockingQueue<Runnable>，因为该队列无大小限制，所以不存在上述问题。

3.测试示例

(1)LinkedBlockingQueue<Runnable>队列使用1：

package threadQueueTest;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**

* User: 杨永生

* Date: 15:47 2017/8/8

* Email: kevin@hiibook.com

*/

public class ThreadPoolTest implements Runnable {

    public void run() {

    　　synchronized(this) {

   　　 　　try{

  　　  　　　　System.out.println(Thread.currentThread().getName());

  　　 　　　　 Thread.sleep(3000);

  　　 　　 }catch (InterruptedException e){

   　　　　　　 e.printStackTrace();

   　　　　 }

  　　  }

    }

    public static void main(String[] args) {

   　　 BlockingQueue<Runnable> queue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>();

    　　ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);

    　　for (int i = 0; i < 10; i++) {

   　　　　 executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest(),"TestThread".concat(""+i)));

    　　　　int threadSize = queue.size();

    　　　　System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);

    　　}

   　　 executor.shutdown();

    }

}

结果:

线程队列大小为-->0

线程队列大小为-->1

线程队列大小为-->2

线程队列大小为-->3

线程队列大小为-->4

线程队列大小为-->5

线程队列大小为-->6

线程队列大小为-->7

线程队列大小为-->8

pool-1-thread-2

pool-1-thread-1

pool-1-thread-2

pool-1-thread-1

pool-1-thread-2

pool-1-thread-1

pool-1-thread-2

pool-1-thread-1

pool-1-thread-2

pool-1-thread-1

说明:可见，线程队列最大为8，共执行了10个线线程。因为是从线程池里运行的线程，所以虽然将线程的名称设为"TestThread".concat(""+i)，但输出后还是变成了pool-1-thread-x。

(2)LinkedBlockingQueue<Runnable>队列使用2：

package threadQueueTest;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**

* User: 杨永生

* Date: 15:55 2017/8/8

* Email: kevin@hiibook.com

*/

public class ThreadPoolTest2 implements Runnable {

　　public void run() {

　　　　synchronized(this) {

　　　　　　try{

　　　　　　　　System.out.println("线程名称："+Thread.currentThread().getName());

　　　　　　　　Thread.sleep(3000); //休眠是为了让该线程不至于执行完毕后从线程池里释放

　　　　　　}catch (InterruptedException e){

　　　　　　　　e.printStackTrace();

　　　　　　}

　　　　}

　　}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

　　BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(4); //固定为4的线程队列

　　ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);

　　for (int i = 0; i < 10; i++) {

　　　　executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest2(), "TestThread".concat(""+i)));

　　　　int threadSize = queue.size();

　　　　System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);

　　}

　　executor.shutdown();

　　}

}

结果:

线程队列大小为-->0

线程队列大小为-->1

线程队列大小为-->2

线程队列大小为-->3

线程队列大小为-->4

线程名称：pool-1-thread-2

线程名称：pool-1-thread-4

线程名称：pool-1-thread-6

线程名称：pool-1-thread-1

线程名称：pool-1-thread-3

线程名称：pool-1-thread-5

线程名称：pool-1-thread-4

线程名称：pool-1-thread-2

线程名称：pool-1-thread-6

线程名称：pool-1-thread-1

说明: 可见，总共10个线程，因为核心线程数为2，2个线程被立即运行，线程队列大小为4，所以4个线程被加入队列，最大线程数为6，还能运行6-2=4个，其10个线程的其余4个线程又立即运行了。

(3)LinkedBlockingQueue<Runnable>队列使用3(测试异常)：

如果将我们要运行的线程数10改为11，则由于最大线程数6+线程队列大小4=10<11，则根据线程池工作原则，最后一个线程将被拒绝策略拒绝,将示例二的main方法改为如下

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

　　BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(4); //固定为4的线程队列

　　ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);

　　for (int i = 0; i < 11; i++) {

　　　　executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest2(), "TestThread".concat(""+i)));

　　　　int threadSize = queue.size();

　　　　System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);

　　}

　　executor.shutdown();

}

结果:

线程队列大小为-->0

线程队列大小为-->1

线程队列大小为-->2

线程队列大小为-->3

线程队列大小为-->4

线程名称：pool-1-thread-2

线程名称：pool-1-thread-4

线程名称：pool-1-thread-6

Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task Thread[TestThread10,5,main] rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@21588809[Running, pool size = 6, active threads = 6, queued tasks = 4, completed tasks = 0]

at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2047)

at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:823)

at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1369)

at threadQueueTest.ThreadPoolTest2.main(ThreadPoolTest2.java:27)

线程名称：pool-1-thread-1

线程名称：pool-1-thread-3

线程名称：pool-1-thread-5

线程名称：pool-1-thread-2

线程名称：pool-1-thread-4

线程名称：pool-1-thread-6

线程名称：pool-1-thread-1

说明:很明显，抛RejectedExecutionException异常了，被拒绝策略拒绝了，这就说明线程超出了线程池的总容量（线程队列大小+最大线程数）。

对于 java.util.concurrent.BlockingQueue 类有有三种方法将线程添加到线程队列里面，然而如何区别三种方法的不同呢，其实在队列未满的情况下结果相同，都是将线程添加到线程队列里面，区分就在于当线程队列已经满的时候，此时

public boolean add(E e) 方法将抛出IllegalStateException异常，说明队列已满。

public boolean offer(E e) 方法则不会抛异常，只会返回boolean值，告诉你添加成功与否，队列已满，当然返回false。

public void put(E e) throws InterruptedException 方法则一直阻塞（即等待，直到线程池中有线程运行完毕，可以加入队列为止）。

(4)LinkedBlockingQueue<Runnable>队列使用3(测试add(E e)异常)：

将示例二的main方法改为如下:

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

　　BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(4); //固定为4的线程队列

　　ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);

　　for (int i = 0; i < 10; i++) {

　　　　executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest4(), "TestThread".concat(""+i)));

　　　　int threadSize = queue.size();

　　　　System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);

　　　　if (threadSize==4){

　　　　　　queue.add(new Runnable() { //队列已满，抛异常

　　　　　　  @Override

　　　　　 　 public void run(){

　　　　　 　　　System.out.println("我是新线程，看看能不能搭个车加进去！");

　　　　　　  }

　　　　   });

　　　　}

　　}

　　executor.shutdown();

}

结果:

线程队列大小为-->0

线程队列大小为-->1

线程队列大小为-->2

线程队列大小为-->3

线程队列大小为-->4

Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full

at java.util.AbstractQueue.add(AbstractQueue.java:98)

at java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue.add(ArrayBlockingQueue.java:312)

at threadQueueTest.ThreadPoolTest4.main(ThreadPoolTest4.java:33)

at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)

at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)

at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)

at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)

at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:147)

线程名称：pool-1-thread-2

线程名称：pool-1-thread-1

线程名称：pool-1-thread-2

线程名称：pool-1-thread-1

线程名称：pool-1-thread-2

线程名称：pool-1-thread-1

(5)LinkedBlockingQueue<Runnable>队列使用3(测试 offer(E e)异常)：

将示例二的main方法改为如下:

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

　　BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(4); //固定为4的线程队列

　　ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);

　　for (int i = 0; i < 10; i++) {

　　　　executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest5(), "TestThread".concat(""+i)));

　　　　int threadSize = queue.size();

　　　　System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);

　　　　if (threadSize==4){

　　　　　　final boolean flag = queue.offer(new Runnable() {

　　　　　　　　@Override

　　　　　　　　public void run(){

　　　　　　　　　　System.out.println("我是新线程，看看能不能搭个车加进去！");

　　　　　　　　}

　　　　　　});

　　　　　　System.out.println("添加新线程标志为-->"+flag);

　　　　}

　　}

　　executor.shutdown();

}

结果:

线程队列大小为-->0

线程队列大小为-->1

线程队列大小为-->2

线程队列大小为-->3

线程队列大小为-->4

添加新线程标志为-->false

线程队列大小为-->4

添加新线程标志为-->false

线程队列大小为-->4

添加新线程标志为-->false

线程队列大小为-->4

添加新线程标志为-->false

线程队列大小为-->4

添加新线程标志为-->false

线程名称：pool-1-thread-2

线程名称：pool-1-thread-4

线程名称：pool-1-thread-6

线程名称：pool-1-thread-1

线程名称：pool-1-thread-3

线程名称：pool-1-thread-5

线程名称：pool-1-thread-2

线程名称：pool-1-thread-4

线程名称：pool-1-thread-6

线程名称：pool-1-thread-1

(6)LinkedBlockingQueue<Runnable>队列使用3(测试put(E e)异常)：

将示例二的main方法改为如下:

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

　　BlockingQueue<Runnable> queue = new ArrayBlockingQueue<Runnable>(4); //固定为4的线程队列

　　ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 6, 1, TimeUnit.DAYS, queue);

　　for (int i = 0; i < 10; i++) {

　　　　executor.execute(new Thread(new ThreadPoolTest6(), "TestThread".concat(""+i)));

　　　　int threadSize = queue.size();

　　　　System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);

　　　　if (threadSize==4){

　　　　　　queue.put(new Runnable() {

　　　　　　　　@Override

　　　　　　　　public void run(){

　　　　　　　　　　System.out.println("我是新线程，看看能不能搭个车加进去！");

　　　　　　　　}

　　　　　　});

　　　　}

　　}

　　executor.shutdown();

}

结果:

线程队列大小为-->0

线程队列大小为-->1

线程队列大小为-->2

线程队列大小为-->3

线程队列大小为-->4

线程名称：pool-1-thread-1

线程名称：pool-1-thread-2

线程名称：pool-1-thread-1

线程队列大小为-->4

线程名称：pool-1-thread-3

线程名称：pool-1-thread-2

线程队列大小为-->4

线程名称：pool-1-thread-4

线程名称：pool-1-thread-1

线程名称：pool-1-thread-3

线程队列大小为-->3

线程队列大小为-->4

线程名称：pool-1-thread-5

我是新线程，看看能不能搭个车加进去！

线程名称：pool-1-thread-2

我是新线程，看看能不能搭个车加进去！

说明:很明显，尝试了四次才加进去，前面三次尝试添加，但由于线程sleep(3000)，所以没有执行完，线程队列一直处于满的状态，直到某个线程执行完，队列有空位，新线程才加进去，没空位之前一直阻塞（即等待），我能加进去为止。

4.总结:

那么线程池的排除策略是什么样呢，一般按如下规律执行：

A. 如果运行的线程少于 corePoolSize，则 Executor 始终首选添加新的线程，而不进行排队。

B. 如果运行的线程等于或多于 corePoolSize，则 Executor 始终首选将请求加入队列，而不添加新的线程。

C. 如果无法将请求加入队列，则创建新的线程，除非创建此线程超出 maximumPoolSize，在这种情况下，任务将被拒绝。

总结：

1. 线程池可立即运行的最大线程数即maximumPoolSize 参数。

2. 线程池能包含的最大线程数 = 可立即运行的最大线程数 + 线程队列大小 (一部分立即运行，一部分装队列里等待)

3. 核心线程数可理解为建议值，即建议使用的线程数，或者依据CPU核数

4. add，offer，put三种添加线程到队列的方法只在队列满的时候有区别，add为抛异常，offer返回boolean值，put直到添加成功为止。

5.同理remove，poll， take三种移除队列中线程的方法只在队列为空的时候有区别， remove为抛异常，poll为返回boolean值， take等待直到有线程可以被移除。

看看下面这张图就清楚了：

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