为什么要用线程池
线程池是不是越多越好？
1.线程在java中是一个对象，更是操作系统的资源，线程创建,消耗需要时间。如果创建时间+消耗时间>执行任务时间，就不合算。
2.java对象占用对内存，操作系统线程占用系统内存，根据jvm规范，一个线程默认最大栈大小1M，这个栈空间需要从系统内存中分配的。线程过多，会消耗很多的内存。
3.操作系统需要频繁切换线程上下文，影响性能。
线程池的推出，就是为了方便的控制线程数量。
线程池原理概念
1.线程池管理器：用于创建并管理线程池，包括创建线程池，销毁线程池，添加新任务。
2.工作线程：线程池中线程，在没有任务时处于等待状态，可以循环的执行任务；
3.任务接口：每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行，它主要规定了任务的入口，任务执行完成后的首位工作，任务的执行状态等。
4.任务队列：用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制。
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线程池API - 接口定义和实现
| 类型 | 名称 | 描述 |
|---|---|---|
| 接口 | Executor | 最上层的接口，定义了执行任务的方法execute |
| 接口 | ExecutorService | 继承了Executor接口，拓展了Callable,Future,关闭方法 |
| 接口 | ScheduledExecutorService | 继承了ExecutorService，增加了定时任务相关的方法 |
| 实现类 | ThreadPoolExecutor | 基础，标志的线程池实现 |
| 实现类 | ScheduledThreadPoolExecutor | 继承了ThreadPoolExecutor，实现了ScheduledExecutorService中相关定时任务方法 |
线程池API - 方法定义
ExecutorService
//监测ExecutorService是否关闭，直到所有任务完成执行，或者超时发生，或者当前线程被中断
boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit)
//执行给定的任务集合，执行完毕后，返回结果
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
//执行给定的任务集合，执行完毕或者超时后，返回结果，其他任务终止
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout, TimeUnit unit)
//执行给定任务，任意一个执行成功则返回结果，其他任务终止
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
//执行给定的任务，任意一个执行成功或者超时后，则返回结果，其他任务终止
<T> T invokeAny(Collection<? extends Callable<T>> tasks,long timeout, TimeUnit unit)
//如果此线程已关闭，则返回true
boolean isShutdown();
//如果关闭后所有线程任务都已完成，则返回true
boolean isTerminated();
//优雅关闭线程池，之前提交的任务将被执行，但是不会接受新的任务。
void shutdown();
//尝试停止所有正在执行的任务，停止等待任务的处理，并返回等待执行的列表
List<Runnable> shutdownNow();
//提交一个用于执行的Callable返回任务，并返回一个Future，用于获取Callable执行结果
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
//提交可运行任务以执行，并返回一个Future对象，执行结果为null
Future<?> submit(Runnable task);
//提交可运行任务以执行，并返回Future，执行结果为传入的result
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result);
ScheduledExecutorService
- 创建并执行一个一次性任务，过了延迟时间就会被执行：
public <V> ScheduledFuture<V> schedule(Callable<V> callable,long delay, TimeUnit unit)
public ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command,long delay, TimeUnit unit)
- 创建并执行一个周期性任务，过了给定的初始延迟时间，就会第一次被执行，执行过程中发生了异常，那么任务就停止。一次性任务执行时长超过了周期性时间，下一次任务会等到该任务执行结束后，立刻执行，这也是它和scheduleWithFixedDelay的重要区别。
public ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command,long initialDelay,long period,TimeUnit unit)
3.创建并执行一个周期性任务，过了初始延迟时间，第一次被执行，后续以给定的周期时间执行。执行过程中发生了异常，那么任务就停止。一次性任务执行时长超过了周期性时间，下一次任务会等到该任务执行结束的时间基础上，计算执行延时。对应超过周期性的超时间处理任务的不同处理方式，这也是它和scheduleAtFixedRate的重要区别。
public ScheduledFuture<?> scheduleWithFixedDelay(Runnable command,long initialDelay,long delay,TimeUnit unit)
举例：1.标准线程池
/**
* 1、线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，无界队列，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest1() throws Exception {
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
testCommon(threadPoolExecutor);
// 预计结果：线程池线程数量为：5,超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
}
/**
* 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务,看线程池的状况
*
* @param threadPoolExecutor 传入不同的线程池，看不同的结果
*/
public void testCommon(ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor) throws Exception {
// 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务，看超过大小的2个，对应的处理情况
for (int i = 0; i < 15; i++) {
int n = i;
threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("开始执行：" + n);
Thread.sleep(3000L);
System.err.println("执行结束:" + n);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
System.out.println("任务提交成功 :" + i);
}
// 查看线程数量，查看队列等待数量
Thread.sleep(500L);
System.out.println("当前线程池线程数量为：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());//5
System.out.println("当前线程池等待的数量为：" + threadPoolExecutor.getQueue().size());//10
// 等待15秒，查看线程数量和队列数量（理论上，会被超出核心线程数量的线程自动销毁）
Thread.sleep(15000L);
System.out.println("当前线程池线程数量为：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());//5
System.out.println("当前线程池等待的数量为：" + threadPoolExecutor.getQueue().size());//0
}
线程池API - Executors工具类
可以自己实例化线程池，也可以用Executors创建线程池的工厂类，常用方法如下：
newFixedThreadPool(int nThreads)创建一个固定大小，任务队列容量无界的线程池。核心线程数=最大线程数。
newCachedThreadPool()创建的是一个大小无界的缓冲线程池。它的任务队列是一个同步队列。任务加入到池中，如过池中有空闲线程，则用空闲线程执行，如果无则创建新线程池。池中的线程空闲超过60秒，将被销毁释放。线程数随任务的多少变化。适用于执行耗时较少的异步任务。池的核心线程数=0，最大线程数=Integer.MAX_VALUE。
newSingleThreadExecutor()只有一个线程来执行无界任务队列的单一线程池。该线程池确保任务按加入的属性一个一个依次执行。当唯一的线程因任务异常中止时，将创建一个新的线程来继续执行后续的任务。与newFixedThreadPoo()的区别在于，单一现场池大小在newSingleThreadExecutor方法中硬编码，不能再改变。
newScheduledThreadPool(int corePoolSize)能定时执行任务的线程池。该线程的核心线程数由参数指定，最大线程数=Integer.MAX_VALUE
线程池原理 - 任务execute过程
1.是否达到核心线程数量？没有达到，创建一个工作线程来执行任务。
2.工作队列是否已满？没满，则将新提交的任务存储在工作队列里。
3.是否达到线程池最大数量？没达到，则创建一个新的工作线程来执行任务。
4.最后，执行拒绝策略来处理这个任务。
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2.带明确队列数量限制的线程池 ==>这里要注意处理超出数量的，这些不处理，默认会抛出异常来。
/**
* 2、 线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，队列大小3，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest2() throws Exception {
// 创建一个 核心线程数量为5，最大数量为10,等待队列最大是3 的线程池，也就是最大容纳13个任务。
// 默认的策略是抛出RejectedExecutionException异常，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), new RejectedExecutionHandler() {
@Override
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
System.err.println("有任务被拒绝执行了");
}
});
testCommon(threadPoolExecutor);
// 预计结果：
// 1、 5个任务直接分配线程开始执行
// 2、 3个任务进入等待队列
// 3、 队列不够用，临时加开5个线程来执行任务(5秒没活干就销毁)
// 4、 队列和线程池都满了，剩下2个任务，没资源了，被拒绝执行。
// 5、 任务执行，5秒后，如果无任务可执行，销毁临时创建的5个线程
结果：有任务被拒绝，同时最初
当前线程池线程数量为：10
当前线程池等待的数量为：3
最后的：
当前线程池线程数量为：5
当前线程池等待的数量为：0
3.Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)线程池
/**
* 3、 线程池信息： 核心线程数量5，最大数量5，无界队列，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest3() throws Exception {
// 和Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)一样的
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
testCommon(threadPoolExecutor);
// 预计结：线程池线程数量为：5，超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
}
结果跟1中的是一样的。
4.Executors.newCachedThreadPool()线程池 ==>这种线程池适用于无法预估的，动态变化的线程数量，同时希望快速处理，不希望堆积情况，但是一般不建用使用默认的最大的线程池数，而是要设置一个值，防止太多加载的影响。
/**
* 4、 线程池信息：
* 核心线程数量0，最大数量Integer.MAX_VALUE，SynchronousQueue队列，超出核心线程数量的线程存活时间：60秒
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest4() throws Exception {
// SynchronousQueue，实际上它不是一个真正的队列，因为它不会为队列中元素维护存储空间。与其他队列不同的是，它维护一组线程，这些线程在等待着把元素加入或移出队列。
// 在使用SynchronousQueue作为工作队列的前提下，客户端代码向线程池提交任务时，
// 而线程池中又没有空闲的线程能够从SynchronousQueue队列实例中取一个任务，
// 那么相应的offer方法调用就会失败（即任务没有被存入工作队列）。
// 此时，ThreadPoolExecutor会新建一个新的工作者线程用于对这个入队列失败的任务进行处理（假设此时线程池的大小还未达到其最大线程池大小maximumPoolSize）。
// 和Executors.newCachedThreadPool()一样的
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS,
new SynchronousQueue<Runnable>());
testCommon(threadPoolExecutor);
// 预计结果：
// 1、 线程池线程数量为：15，超出数量的任务，其他的进入队列中等待被执行
// 2、 所有任务执行结束，60秒后，如果无任务可执行，所有线程全部被销毁，池的大小恢复为0
Thread.sleep(60000L);
System.out.println("60秒后，再看线程池中的数量：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());
}
5.定时任务处理线程池Executors.newScheduledThreadPool() ** ===>到点定时一次性执行，执行多少线程数可以设置(下面是5个)，它执行的本中是通过延时队列**(数据加载到队列后，没有到时间点是取不出来的，到时间点才能取出来)来实现的
/**
* 5、 定时执行线程池信息：3秒后执行，一次性任务，到点就执行 <br/>
* 核心线程数量5，最大数量Integer.MAX_VALUE，DelayedWorkQueue延时队列，超出核心线程数量的线程存活时间：0秒
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest5() throws Exception {
// 和Executors.newScheduledThreadPool()一样的
ScheduledThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ScheduledThreadPoolExecutor(5);
threadPoolExecutor.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("任务被执行，现在时间：" + System.currentTimeMillis());
}
}, 3000, TimeUnit.MILLISECONDS);
System.out.println(
"定时任务，提交成功，时间是：" + System.currentTimeMillis() + ", 当前线程池中线程数量：" + threadPoolExecutor.getPoolSize());
// 预计结果：任务在3秒后被执行一次
}
6.周期性定时任务线程池
scheduleAtFixedRate：提交后，2秒后开始第一次执行，之后每间隔1秒，固定执行一次(如果发现上次执行还未完毕，则等待完毕，完毕后立刻执行)
scheduleWithFixedDelay：提交后，2秒后开始第一次执行，之后每间隔1秒，固定执行一次(如果发现上次执行还未完毕，则等待完毕，等上一次执行完毕后再开始计时，等待1秒)。
/**
* 6、 定时执行线程池信息：线程固定数量5 ，<br/>
* 核心线程数量5，最大数量Integer.MAX_VALUE，DelayedWorkQueue延时队列，超出核心线程数量的线程存活时间：0秒
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest6() throws Exception {
ScheduledThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ScheduledThreadPoolExecutor(5);
// 周期性执行某一个任务，线程池提供了两种调度方式，这里单独演示一下。测试场景一样。
// 测试场景：提交的任务需要3秒才能执行完毕。看两种不同调度方式的区别
// 效果1： 提交后，2秒后开始第一次执行，之后每间隔1秒，固定执行一次(如果发现上次执行还未完毕，则等待完毕，完毕后立刻执行)。
// 也就是说这个代码中是，3秒钟执行一次（计算方式：每次执行三秒，间隔时间1秒，执行结束后马上开始下一次执行，无需等待）
threadPoolExecutor.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(3000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("任务-1 被执行，现在时间：" + System.currentTimeMillis());
}
}, 2000, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
// 效果2：提交后，2秒后开始第一次执行，之后每间隔1秒，固定执行一次(如果发现上次执行还未完毕，则等待完毕，等上一次执行完毕后再开始计时，等待1秒)。
// 也就是说这个代码钟的效果看到的是：4秒执行一次。 （计算方式：每次执行3秒，间隔时间1秒，执行完以后再等待1秒，所以是 3+1）
threadPoolExecutor.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(3000L);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("任务-2 被执行，现在时间：" + System.currentTimeMillis());
}
}, 2000, 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
7.终止线程池操作
/**
* 7、 终止线程：线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，队列大小3，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest7() throws Exception {
// 创建一个 核心线程数量为5，最大数量为10,等待队列最大是3 的线程池，也就是最大容纳13个任务。
// 默认的策略是抛出RejectedExecutionException异常，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), new RejectedExecutionHandler() {
@Override
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
System.err.println("有任务被拒绝执行了");
}
});
// 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务，看超过大小的2个，对应的处理情况
for (int i = 0; i < 15; i++) {
int n = i;
threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("开始执行：" + n);
Thread.sleep(3000L);
System.err.println("执行结束:" + n);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("异常：" + e.getMessage());
}
}
});
System.out.println("任务提交成功 :" + i);
}
// 1秒后终止线程池
Thread.sleep(1000L);
threadPoolExecutor.shutdown();
// 再次提交提示失败
threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("追加一个任务");
}
});
// 结果分析
// 1、 10个任务被执行，3个任务进入队列等待，2个任务被拒绝执行
// 2、调用shutdown后，不接收新的任务，等待13任务执行结束
// 3、 追加的任务在线程池关闭后，无法再提交，会被拒绝执行
}
8.立刻终止线程池
/**
* 8、 立刻终止线程：线程池信息： 核心线程数量5，最大数量10，队列大小3，超出核心线程数量的线程存活时间：5秒， 指定拒绝策略的
*
* @throws Exception
*/
private void threadPoolExecutorTest8() throws Exception {
// 创建一个 核心线程数量为5，最大数量为10,等待队列最大是3 的线程池，也就是最大容纳13个任务。
// 默认的策略是抛出RejectedExecutionException异常，java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.AbortPolicy
ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 5, TimeUnit.SECONDS,
new LinkedBlockingQueue<Runnable>(3), new RejectedExecutionHandler() {
@Override
public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
System.err.println("有任务被拒绝执行了");
}
});
// 测试： 提交15个执行时间需要3秒的任务，看超过大小的2个，对应的处理情况
for (int i = 0; i < 15; i++) {
int n = i;
threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println("开始执行：" + n);
Thread.sleep(3000L);
System.err.println("执行结束:" + n);
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println("异常：" + e.getMessage());
}
}
});
System.out.println("任务提交成功 :" + i);
}
// 1秒后终止线程池
Thread.sleep(1000L);
List<Runnable> shutdownNow = threadPoolExecutor.shutdownNow();
// 再次提交提示失败
threadPoolExecutor.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("追加一个任务");
}
});
System.out.println("未结束的任务有：" + shutdownNow.size());
// 结果分析
// 1、 10个任务被执行，3个任务进入队列等待，2个任务被拒绝执行
// 2、调用shutdownnow后，队列中的3个线程不再执行，10个线程被终止
// 3、 追加的任务在线程池关闭后，无法再提交，会被拒绝执行
}
线程数量
如何去确定合适数量的线程？
计算型任务：cpu数量的1-2倍
IO型任务：相对比计算型任务，需要多一些线程，要根据具体的IO阻塞时长进行考量决定的。
如tomcat中默认的最大线程数量为：200
也可考虑根据需要在一个最小数和最大数量间自动增减线程数。
