JAVA线程池ThreadPoolExecutor与阻塞队列BlockingQueue

从Java5开始，Java提供了自己的线程池。每次只执行指定数量的线程，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 就是这样的线程池。以下是我的学习过程。

首先是构造函数签名如下：

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）.

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。

示例一，LinkedBlockingQueue<Runnable>队列使用：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * Created on 2011-12-28
 * <p>Description: [Java 线程池学习]</p>
 * @author         [e-mail]
 */
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();
     }
}

输出结果如下：

线程队列大小为-->0
线程名称：pool-1-thread-1
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
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
线程名称：pool-1-thread-2
线程名称：pool-1-thread-1
线程名称：pool-1-thread-2

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。

示例二，LinkedBlockingQueue<Runnable>队列使用：

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * Created on 2011-12-28
 * <p>Description: [Java 线程池学习]</p>
 * @author         [e-mail]
 */
public class ThreadPoolTest 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 ThreadPoolTest(), "TestThread".concat(""+i)));
             int threadSize = queue.size();
             System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);
         }
         executor.shutdown();
     }
}

输出结果如下：

线程队列大小为-->0
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-->4
线程队列大小为-->4
线程队列大小为-->4
线程名称：pool-1-thread-1
线程名称：pool-1-thread-3
线程名称：pool-1-thread-2
线程名称：pool-1-thread-4
线程队列大小为-->4
线程名称：pool-1-thread-5
线程名称：pool-1-thread-6
线程名称：pool-1-thread-5
线程名称：pool-1-thread-6
线程名称：pool-1-thread-4
线程名称：pool-1-thread-2

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。

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 {
    ArrayBlockingQueue<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 ThreadPoolTest(), "TestThread".concat(""+i)));
        int threadSize = queue.size();
        System.out.println("线程队列大小为-->"+threadSize);
    }
    executor.shutdown();
}

输出结果：

线程队列大小为-->0
线程名称：pool-1-thread-1
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
线程队列大小为-->4
线程名称：pool-1-thread-3
线程队列大小为-->4
线程名称：pool-1-thread-4
线程队列大小为-->4
线程名称：pool-1-thread-5
线程队列大小为-->4
线程名称：pool-1-thread-6
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(Unknown Source)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(Unknown Source)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(Unknown Source)
at ths.ThreadPoolTest.main(ThreadPoolTest.java:30)
线程名称：pool-1-thread-1
线程名称：pool-1-thread-3
线程名称：pool-1-thread-2
线程名称：pool-1-thread-4

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）。

为了证明对上面这三个方法的描述，我们将示例二改为如下、public boolean add(E e)方法测试程序：

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 ThreadPoolTest(), "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();
}

运行结果：

线程队列大小为-->0
线程名称：pool-1-thread-1
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
Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full
at java.util.AbstractQueue.add(Unknown Source)
at java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue.add(Unknown Source)
at ths.ThreadPoolTest.main(ThreadPoolTest.java:35)
线程名称：pool-1-thread-1
线程名称：pool-1-thread-2
线程名称：pool-1-thread-2
线程名称：pool-1-thread-1

很明显，当线程队列已满，即线程队列里的线程数为4时，抛了异常，add线程失败。再来看public boolean offer(E e) 方法测试程序：

<strong> </strong>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 ThreadPoolTest(), "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();
     }

运行结果如下：

线程队列大小为-->0
线程名称：pool-1-thread-1
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
线程名称：pool-1-thread-3
添加新线程标志为-->false
线程名称：pool-1-thread-2
线程队列大小为-->4
添加新线程标志为-->false
线程名称：pool-1-thread-4
线程队列大小为-->4
添加新线程标志为-->false
线程名称：pool-1-thread-5
线程队列大小为-->4
添加新线程标志为-->false
线程名称：pool-1-thread-6
线程名称：pool-1-thread-1
线程名称：pool-1-thread-2
线程名称：pool-1-thread-3
线程名称：pool-1-thread-4

可以看到，当线程队列已满的时候，线程没有被添加到线程队列，程序也没有抛异常。继续看public void put(E e) throws InterruptedException;方法测试程序：

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 ThreadPoolTest(), "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();
     }

结果如下：

线程队列大小为-->0
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
线程名称：pool-1-thread-2
线程队列大小为-->3
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-1
线程队列大小为-->4
我是新线程，看看能不能搭个车加进去！
线程名称：pool-1-thread-3
线程名称：pool-1-thread-4
我是新线程，看看能不能搭个车加进去！
线程名称：pool-1-thread-3
我是新线程，看看能不能搭个车加进去！
我是新线程，看看能不能搭个车加进去！

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。

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：

记在这里做为学习的过程，以后偶尔有空翻起来容易。