Java线程池详解与常见类型-优快云博客

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文章介绍了线程池的概念，包括其如何维护线程、常用的线程池类如FixedThreadPool、CachedThreadPool、SingleThreadExecutor和ScheduledThreadPool的工作机制，以及线程池的关键参数如核心线程数、最大线程数、存活时间和工作队列。此外，文章还讨论了线程池的执行流程和拒绝策略，并建议避免直接使用Executors工具类创建线程池，而应自定义ThreadPoolExecutor以获得更好的灵活性。

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前言

本文章介绍常用的线程池

一、什么是线程池？

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空闲状态。如果有新的线程任务，就分配一个空闲线程执行。如果所有线程都处于忙碌状态，线程池会创建一个新线程进行处理或者放入队列（工作队列）中等待。

二、线程池常用类和接口

在Java标准库提供了如下几个类或接口，来操作并使用线程池：

ExecutorService接口：进行线程池的操作访问；
Executors类：创建线程池的工具类；
ThreadPoolExecutor及其子类：封装线程池的核心参数和运行机制；

// 线程池基本使用方式
// 创建一个ThreadPoolExecutor类型的对象，代表固定大小的线程池
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); // 该线程池拥有3个线程
// 执行线程任务
executor.execute(task1);
executor.execute(task2);
executor.execute(task3);
executor.execute(task4);
executor.execute(task5);
// 使用结束后，使用shutdown关闭线程池
executor.shutdown();

三、线程池的常见方法

执行无返回值的线程任务：void execute(Runnable command);
提交有返回值的线程任务：Future submit(Callable task);
关闭线程池：void shutdown(); 或 shutdownNow();
等待线程池关闭：boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit);

四、线程池的执行流程

提交一个新的线程任务，线程池会在线程池中分配一个空闲线程（ps:不会一次性创建指定的核心线程数，而是来一个任务创建一个新的空闲的核心线程，到核心线程数饱和为止），用于执行任务。
如果线程池中不存在空闲线程，线程池会判断当前“存活的线程数”是否小于核心线程数。
- 如果小于 核心线程数corePoolSize，线程池会创建一个新的核心线程去处理新的线程任务；
- 如果大于 核心线程数corePoolSize，线程池会检查工作队列是否已满；
  - 如果工作队列未满，则将该线程任务加入工作队列进行等待。线程池中如果出现空闲的线程，将从工作队列中按照先进先出规则取出一个线程任务进行分配执行；
  - 如果工作队列已满，则判断当前存活的线程数是否达到最大线程数maximumPoolSize;
    - 如果当前“存活的线程数”没有达到最大线程数maximumPoolSize，那么将创建一个临时的非核心线程执行新线程任务；
    - 如果当前“存活的线程数”已经达到最大线程数maximumPoolSize，那么将执行拒绝策略处理新线程任务；
      综上所述，执行顺序为：核心线程、工作队列、非核心线程、拒绝策略

在这里插入图片描述

五、线程池的参数

corePoolSize线程池核心线程数：也可以理解为线程池维护的最小线程数量，核心线程创建后不会被回收。大于核心线程数的线程，在空闲时间超过keepAliveTime后会被回收；
- 在创建了线程池后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，当调用 execute() 方法添加一个任务时，如果正在运行的线程数量小于corePoolSize，则马上创建新线程并运行这个任务。
- IO密集计算：由于 I/O 设备的速度相对于 CPU来说都很慢，所以大部分情况下，I/O 操作执行的时间相对于 CPU 计算来说都非常长，这种场景我们一般都称为 I/O 密集型计算。最佳线程数 =CPU 核数 * [ 1 +（I/O 耗时 / CPU 耗时）]。
- CPU密集型：CPU 密集型计算大部分场景下都是纯 CPU 计算，多线程主要目的是提升CPU利用率，最佳线程数 =“CPU 核心数 +1”。这样的话，当线程因为偶尔的内存页失效或其他原因导致阻塞时，这个额外的线程可以临时替补，从而保证 CPU 的利用率。
maximumPoolSize线程池最大线程数：线程池允许创建的最大线程数量；（包含核心线程池数量）keepAliveTime非核心线程线程存活时间：当一个可被回收的线程的空闲时间大于keepAliveTime，就会被回收。
- 当线程池中的线程数大于corePoolSize时，如果一个线程空闲的时间达到keepAliveTime，则会被回收，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize。
- 如果设置allowCoreThreadTimeOut = true，在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，keepAliveTime参数也会起作用，直到线程池中的线程数为0；
TimeUnit时间单位：参数keepAliveTime的时间单位；
BlockingQueue阻塞工作队列：用来存储等待执行的任务；
ThreadFactory线程工厂 : 用于创建线程，以及自定义线程名称，需要实现ThreadFactory接口；
RejectedExecutionHandler拒绝策略：当线程池线程内的线程耗尽，并且工作队列达到已满时，新提交的任务，将使用拒绝策略进行处理；
- ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：默认策略，丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常；
- ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丢弃任务，但是不抛出异常；
- ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃工作队列中的队头任务（即最旧的任务，也就是最早进入队列的任务）后，继续将当前任务提交给线程池；
- ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由原调用线程处理该任务（谁调用，谁处理）；

六、常见的线程池

6.1 FixedThreadPool

线程数固定的线程池

线程池参数：
- 核心线程数和最大线程数一致
- 非核心线程存活时间为0
- 阻塞队列为无界队列LinkedBlockingQueue
工作机制：
- 提交线程任务
  - 如果线程数少于核心线程，创建核心线程执行任务
  - 如果线程数等于核心线程，把任务添加到LinkedBlockingQueue阻塞队列
  - 如果线程执行完任务，去阻塞队列取任务，继续执行
使用场景：适用于处理CPU密集型的任务，确保CPU在长期被工作线程使用的情况下，尽可能的少的分配线程，即适用执行长期的任务。

6.2 CachedThreadPool

可缓存线程池，线程数根据任务动态调整的线程池

线程池参数：
- 核心线程数为0
- 最大线程数为Integer.MAX_VALUE
- 工作队列是SynchronousQueue同步队列
- 非核心线程空闲存活时间为60秒
工作机制：
- 提交线程任务
  - 因为核心线程数为0，所以任务直接加到SynchronousQueue工作队列
    -判断是否有空闲线程，如果有，就去取出任务执行
  - 如果没有空闲线程，就新建一个线程
  - 执行执行完任务的线程，还可以存活60秒，如果在这期间，接到任务，可以继续存活下去；否则，被销毁。
使用场景：用于并发执行大量短期的小任务。