线程池与阻塞队列

前言

    上一篇文章中我们将ThreadPoolExecutor进行了深入的学习和介绍，实际上我们在项目中应用的时候很少有直接应用ThreadPoolExecutor来创建线程池的，在jdk的api中 有这么一句话“但是，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）和 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。”所以这篇文章我们继 续学习其它几种线程池。

线程池分类

newCachedThreadPool()

     创 建一个可缓存的线程池，即这个线程池是无界线程池，无界指工作线程的创建数量几乎没有限制(其实也有限制的,数目为 Interger.MAX_VALUE),这样可以灵活的往线程池中添加数据；可以进行自动线程回收指的是如果长时间没有往线程池中提交任务，即如果工作 线程空闲了指定的时间，则该工作线程将自动终止。终止后，如果你又提交了新的任务，则线程池重新创建一个工作线程。

     我们一般使用如下代码进行创建：

ExecutorServiceservice = Executors.newCachedThreadPool();

    我们点击代码进入源码： 

/**
  * Creates a thread pool that creates newthreads as needed, but
  * will reuse previously constructedthreads when they are
  * available.  These pools will typically improve theperformance
  * of programs that execute manyshort-lived asynchronous tasks.
  * Calls to {@code execute} will reusepreviously constructed
  * threads if available. If no existingthread is available, a new
  * thread will be created and added to thepool. Threads that have
  * not been used for sixty seconds areterminated and removed from
  * the cache. Thus, a pool that remainsidle for long enough will
  * not consume any resources. Note thatpools with similar
  * properties but different details (forexample, timeout parameters)
  * may be created using {@linkThreadPoolExecutor} constructors.
  *
  * @return the newly created thread pool
  */
 public static ExecutorServicenewCachedThreadPool() {
     return new ThreadPoolExecutor(0,Integer.MAX_VALUE,
                                   60L,TimeUnit.SECONDS,
                                   newSynchronousQueue<Runnable>());
 }

    看到代码有没有很熟悉，调用的上我们上一篇文章中的ThreadPoolExecutor类的构造方法，只不过核心线程数为0，同时指定一个最大线程数。

newFixedThreadPool(int)

    固定大小线程池这个很好理解，就是创建一个指定工作线程数量的线程池，如果线程达到设置的最大数，就将提交的任务放到线程池的队列中。一个典型且优秀的线程池，它具有线程池提高程序效率和节省创建线程时所耗的开销的优点。但在线程池空闲时，即线程池中没有可运行任务时，它不会释放工作线程，还会占用一定的系统资源。

    一般创建：

ExecutorServicenewFixedThreadPool=Executors.newFixedThreadPool(5);

    点击进入源码：

/**
 * Creates a thread pool that reuses afixed number of threads
 * operating off a shared unboundedqueue.  At any point, at most
 * {@code nThreads} threads will be activeprocessing tasks.
 * If additional tasks are submitted whenall threads are active,
 * they will wait in the queue until athread is available.
 * If any thread terminates due to afailure during execution
 * prior to shutdown, a new one will takeits place if needed to
 * execute subsequent tasks.  The threads in the pool will exist
 * until it is explicitly {@linkExecutorService#shutdown shutdown}.
 *
 * @param nThreads the number of threads inthe pool
 * @return the newly created thread pool
 * @throws IllegalArgumentException if{@code nThreads <= 0}
 */
public static ExecutorServicenewFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads,nThreads,
                                  0L,TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  newLinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

    调用的依然是我们上一篇文章中的ThreadPoolExecutor类的构造方法，只不过核心线程数为和最大线程数一样都是我们人为指定的。 

newSingleThreadExecutor()

    单线程线程池，只创建唯一的线程来执行任务，如果这个线程异常结束，会有另一个取代它，保证顺序执行。

    一般创建方法：

ExecutorServicenewSingleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

    点击进入源码：

/**
 * Creates an Executor that uses a singleworker thread operating
 * off an unbounded queue. (Note howeverthat if this single
 * thread terminates due to a failureduring execution prior to
 * shutdown, a new one will take its placeif needed to execute
 * subsequent tasks.)  Tasks are guaranteed to execute
 * sequentially, and no more than one taskwill be active at any
 * given time. Unlike the otherwiseequivalent
 * {@code newFixedThreadPool(1)} thereturned executor is
 * guaranteed not to be reconfigurable touse additional threads.
 *
 * @return the newly createdsingle-threaded Executor
 */
public static ExecutorServicenewSingleThreadExecutor() {
    return newFinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L,TimeUnit.MILLISECONDS,
                                newLinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

    调用的依然是我们上一篇文章中的ThreadPoolExecutor类的构造方法，只不过核心线程数为和最大线程数一样都是1。

    介绍到这里我们发现这三个线程池调用的都是ThreadPoolExecutor的构造函数，这三个线程的区别除了核心线程数和最大线程数参数不一样外，最重要的是传入的最后一个参数即workQueue是不一样的。

newCachedThreadPool的参数为SynchronousQueue，newFixedThreadPool和newSingleThreadExecutor的参数都为LinkedBlockingQueue，其实这一种排队策略也叫阻塞队列，那接下来我们就来介绍一下常见的阻塞队列。

阻塞队列BlockingQueue

    阻塞队列顾名思义首先它是一个队列，常见的队列有“后进先出”的栈和“先进先出”的队列。多线程环境中，通过队列可以很容易实现数据共享，最经典的就是“生 产者”和“消费者”模型，这就是一个典型的阻塞队列，比如生产者生产到一定程度必须停一下，让生产者线程挂起，这就是阻塞。

    在多线程领域：所谓阻塞，在某些情况下会挂起线程（即阻塞），一旦条件满足，被挂起的线程又会自动被唤醒） 

    java.util.concurrent 包中的BlockingQueue就是阻塞队列的接口，作为BlockingQueue的使用者，我们再也不需要关心什么时候需要阻塞线程，什么时候需要 唤醒线程，因为这一切BlockingQueue都给你一手包办了，并且它还是线程安全的。那我们现在来看下BlockingQueue接口的源码：

public interfaceBlockingQueue<E> extends Queue<E> {

    boolean add(E e);

    boolean offer(E e);

    void put(E e) throws InterruptedException;

    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnitunit)
        throws InterruptedException;

    E take() throws InterruptedException;

    E poll(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    int remainingCapacity();

    boolean remove(Object o);

    public boolean contains(Object o);

    int drainTo(Collection<? super E> c);

    int drainTo(Collection<? super E> c,int maxElements);
}

    上面就是接口的所有方法，现在我们就介绍下这个接口中的核心方法： 

放入数据：

boolean add(E e);

    这个方法将将泛型对象加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则返回false.（本方法不阻塞当前执行方法的线程）

boolean offer(E e);

    这个方法将将泛型对象加到BlockingQueue里,即如果BlockingQueue可以容纳,则返回true,否则返回false.（本方法不阻塞当前执行方法的线程）

boolean offer(E e, long timeout, TimeUnitunit)throws InterruptedException;

    这个方法可以设定等待的时间，如果在指定的时间内，还不能往队列中加入BlockingQueue，则返回失败。（本方法不阻塞当前执行方法的线程）

void put(E e) throws InterruptedException;

    这个方法把泛型对象放到BlockingQueue里,如果BlockQueue没有空间,则调用此方法的线程被阻断直到BlockingQueue里面有空间再继续.（本方法有阻塞的功能） 

移除数据：

boolean remove(Object o);

    这个方法从BlockingQueue取出一个队首的对象，如果在指定时间内，队列一旦有数据可取，则立即返回队列中的数据。否则知道时间超时还没有数据可取，返回失败。（本方法不阻塞当前执行方法的线程）

E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    这个方法从BlockingQueue取出一个队首的对象，如果在指定时间内，队列一旦有数据可取，则立即返回队列中的数据。否则知道时间超时还没有数据可取，返回失败。（本方法不阻塞当前执行方法的线程）

E take() throws InterruptedException;

    这个方法是取走BlockingQueue里排在首位的对象,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到BlockingQueue有新的数据被加入;（本方法有阻塞的功能）

int drainTo(Collection<? super E> c);

    这个方法是取走BlockingQueue里排在首位的对象,取不到时返回null;（本方法不阻塞当前执行方法的线程） 

int drainTo(Collection<? super E> c,int maxElements);

    这个方法是取走BlockingQueue里排在首位的对象,若不能立即取出,则可以等time参数规定的时间,取不到时返回null;（本方法不阻塞当前执行方法的线程）

    总 结一下BlockingQueue接口中的方法，这些方法以四种形式出现，对于不能立即满足但可能在将来某一时刻可以满足的操作，这四种形式的处理方式不 同：第一种是抛出一个异常，第二种是返回一个特殊值（null或 false，具体取决于操作），第三种是在操作可以成功前，无限期地阻塞当前线程，第四种是在放弃前只在给定的最大时间限制内阻塞。

 

	抛出异常	特殊值	阻塞	超时
插入	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e,time,unit)
移除	remove()	poll()	take()	poll(time,unit)
检查	element()	peek()	不可用	不可用

BlockingQueue实现类

     1)ArrayBlockingQueue: 基于数组实现的一个阻塞队列，在创建ArrayBlockingQueue对象时必须制定容量大小，以便缓存队列中数据对象。并且可以指定公平性与非公平 性，默认情况下为非公平的，即不保证等待时间最长的队列最优先能够访问队列。其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的。

    2)LinkedBlockingQueue:基于链表实现的一个阻塞队列，在创建LinkedBlockingQueue对象时如果不指定容量大小，则默认大小为Integer.MAX_VALUE。其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的。

    3)PriorityBlockingQueue: 类似于LinkedBlockQueue,但其所含对象的排序不是FIFO,它会按照元素的优先级对元素进行排序，按照优先级顺序出队，每次出队的元素都 是优先级最高的元素。注意，此阻塞队列为无界阻塞队列，即容量没有上限（通过源码就可以知道，它没有容器满的信号标志），前面2种都是有界队列。

    4)DelayQueue： 基于PriorityQueue，一种延时阻塞队列，DelayQueue中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素。 DelayQueue也是一个无界队列，因此往队列中插入数据的操作（生产者）永远不会被阻塞，而只有获取数据的操作（消费者）才会被阻塞。

    5)SynchronousQueue:一种无缓冲的等待队列，类似于无中介的直接交易，其 中LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue比较起来,它们背后所用的数据结构不一样,导致 LinkedBlockingQueue的数据吞吐量要大于ArrayBlockingQueue,但在线程数量很大时其性能的可预见性低于 ArrayBlockingQueue.

总结

    我 们这篇文章延续了上一篇文章中关于ThreadPoolExecutor线程池的一些内容，分别是newCachedThreadPool、 newFixedThreadPool、newSingleThreadExecutor，同时根据这些线程池与ThreadPoolExecutor的 关系，进而引出了阻塞队列BlockingQueue，于是我们详细介绍了接口BlockingQueue和接口中的方法，最后又介绍了接口 BlockingQueue的实现类。