使用线程池

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Java 语言虽然内置了多线程支持，启动一个新线程非常方便，但是，创建线程需要操作系统资源（线程资源，栈空间等），频繁创建和销毁大量线程需要消耗大量时间。

如果可以复用一组线程：

┌─────┐ execute  ┌──────────────────┐
│Task1│─────────▶│ThreadPool        │
├─────┤          │┌───────┐┌───────┐│
│Task2│          ││Thread1││Thread2││
├─────┤          │└───────┘└───────┘│
│Task3│          │┌───────┐┌───────┐│
├─────┤          ││Thread3││Thread4││
│Task4│          │└───────┘└───────┘│
├─────┤          └──────────────────┘
│Task5│
├─────┤
│Task6│
└─────┘
  ...

那么我们就可以把很多小任务让一组线程来执行，而不是一个任务对应一个新线程。这种能接收大量小任务并进行分发处理的就是线程池。

简单地说，线程池内部维护了若干个线程，没有任务的时候，这些线程都处于等待状态。如果有新任务，就分配一个空闲线程执行。如果所有线程都处于忙碌状态，新任务要么放入队列等待，要么增加一个新线程进行处理。

Java 标准库提供了 ExecutorService 接口表示线程池，它的典型用法如下：

// 创建固定大小的线程池:
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
// 提交任务:
executor.submit(task1);
executor.submit(task2);
executor.submit(task3);
executor.submit(task4);
executor.submit(task5);

因为 ExecutorService 只是接口，Java 标准库提供的几个常用实现类有：

FixedThreadPool：线程数固定的线程池；
CachedThreadPool：线程数根据任务动态调整的线程池；
SingleThreadExecutor：仅单线程执行的线程池。

创建这些线程池的方法都被封装到 Executors 这个类中。我们以 FixedThreadPool 为例，看看线程池的执行逻辑：

// thread-pool
import java.util.concurrent.*;

public class Main {public static void main(String[] args) {// 创建一个固定大小的线程池:
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(4);
        for (int i = 0; i < 6; i++) {es.submit(new Task("" + i));
        }
        // 关闭线程池:
        es.shutdown();}
}

class Task implements Runnable {private final String name;

    public Task(String name) {this.name = name;
    }

    @Override
    public void run() {System.out.println("start task" + name);
        try {Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) { }
        System.out.println("end task" + name);
    }
}

我们观察执行结果，一次性放入 6 个任务，由于线程池只有固定的 4 个线程，因此，前 4 个任务会同时执行，等到有线程空闲后，才会执行后面的两个任务。

线程池在程序结束的时候要关闭。使用 shutdown() 方法关闭线程池的时候，它会等待正在执行的任务先完成，然后再关闭。shutdownNow()会立刻停止正在执行的任务，awaitTermination()则会等待指定的时间让线程池关闭。

如果我们把线程池改为CachedThreadPool，由于这个线程池的实现会根据任务数量动态调整线程池的大小，所以 6 个任务可一次性全部同时执行。

如果我们想把线程池的大小限制在 4～10 个之间动态调整怎么办？我们查看 Executors.newCachedThreadPool() 方法的源码：

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
            60L, TimeUnit.SECONDS,
            new SynchronousQueue<Runnable>());
}

因此，想创建指定动态范围的线程池，可以这么写：

int min = 4;
int max = 10;
ExecutorService es = new ThreadPoolExecutor(
        min, max,
        60L, TimeUnit.SECONDS,
        new SynchronousQueue<Runnable>());

还有一种任务，需要定期反复执行，例如，每秒刷新证券价格。这种任务本身固定，需要反复执行的，可以使用 ScheduledThreadPool。放入ScheduledThreadPool 的任务可以定期反复执行。

创建一个 ScheduledThreadPool 仍然是通过 Executors 类：

ScheduledExecutorService ses = Executors.newScheduledThreadPool(4);

我们可以提交一次性任务，它会在指定延迟后只执行一次：

// 1 秒后执行一次性任务:
ses.schedule(new Task("one-time"), 1, TimeUnit.SECONDS);

如果任务以固定的每 3 秒执行，我们可以这样写：

// 2 秒后开始执行定时任务，每 3 秒执行:
ses.scheduleAtFixedRate(new Task("fixed-rate"), 2, 3, TimeUnit.SECONDS);

如果任务以固定的 3 秒为间隔执行，我们可以这样写：

// 2 秒后开始执行定时任务，以 3 秒为间隔执行:
ses.scheduleWithFixedDelay(new Task("fixed-delay"), 2, 3, TimeUnit.SECONDS);

注意 FixedRate 和 FixedDelay 的区别。FixedRate 是指任务总是以固定时间间隔触发，不管任务执行多长时间：

│░░░░   │░░░░░░ │░░░    │░░░░░  │░░░  
├───────┼───────┼───────┼───────┼────▶
│◀─────▶│◀─────▶│◀─────▶│◀─────▶│

而 FixedDelay 是指，上一次任务执行完毕后，等待固定的时间间隔，再执行下一次任务：

│░░░│       │░░░░░│       │░░│       │░
└───┼───────┼─────┼───────┼──┼───────┼──▶
    │◀─────▶│     │◀─────▶│  │◀─────▶│

因此，使用 ScheduledThreadPool 时，我们要根据需要选择执行一次、FixedRate 执行还是 FixedDelay 执行。

细心的童鞋还可以思考下面的问题：

在 FixedRate 模式下，假设每秒触发，如果某次任务执行时间超过 1 秒，后续任务会不会并发执行？
如果任务抛出了异常，后续任务是否继续执行？

Java 标准库还提供了一个 java.util.Timer 类，这个类也可以定期执行任务，但是，一个 Timer 会对应一个 Thread，所以，一个Timer 只能定期执行一个任务，多个定时任务必须启动多个 Timer，而一个ScheduledThreadPool 就可以调度多个定时任务，所以，我们完全可以用 ScheduledThreadPool 取代旧的Timer。

使用线程池复用线程。

下载练习

JDK 提供了 ExecutorService 实现了线程池功能：