【Java并发编程】Java中Executor框架和线程池的介绍与使用

本文深入介绍了Java中的Executor框架和线程池的使用方法，探讨了为何引入Executor框架以解决传统newThread()方式的问题，详细解释了Executor框架的两级调度模型，并提供了四种线程池的具体创建与使用案例。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

Java中Executor框架和线程池的介绍与使用

首先声明该内容是基于Java 8 进行介绍和讲解

前提概念

什么是Executor框架?

在Java 5之后，并发编程引入了一堆新的启动、调度和管理线程的API，而这些API的整体框架就是Executor框架

Executor的内部实现主要就是线程池来实现，既Executor是通过线程池的方式来控制上层的调度的。所以Executor一定角度上扮演者线程工厂的角色，我们可以通过Executor框架创建特定功能的线程池。

为什么引入Executor框架？

为什么要引入Executor框架呢？那我们就需要来讨论一下new Thread()的缺点：

每次new Thread()和destroy一个Thread都会耗费一定的系统资源，比如我们为每个任务都创建一个新线程来执行，这就会消耗大量的CPU资源来创建和消耗线程，同时这种策略也会使处于高负荷状态的应用崩溃
调用new Thread()创建的线程缺乏管理，被称为野线程，而且可以无限制创建，之间相互竞争，会导致过多占用系统资源导致系统瘫痪。
同时new Thread()的方式不利于扩展，比如如定时执行、定期执行、线程中断

总之就是，无人管理，不利于拓展，耗费资源，所以为了解决这一个问题，JDK1.5开始引入了Executor框架用于管理线程和调度线程，可以参考Executor框架的两级调度模型

Executor框架的两级调度模型

在HotSpot 虚拟机线程模型中，Java线程(java.lang.Thread)被一对一的映射为本地操作系统线程。Java线程启动时会创建一个本地操作系统线程。但该Java线程终止时，这个本地操作系统线程也会被回收。操作系统会调度所有线程并将它们分配给可用的CPU.

而有了Executor框架之后，我们可以将线程调度分为上下两层：

上层是Java层面上的应用线程层
下层是本地操作系统层面上的底层线程层

在上层，Java多线程程序通常把应用分解为若干个任务，然后使用用户级的调度器(Executor框架)将这些任务映射为固定数量的线程；在下层，操作系统内核将这些线程映射到硬件处理器上。如下图：

从图中(图中下面是CPU,非任务，画错了,Sorry)，我们看出，应用程序通过Executor框架来控制上层的调度；而下层的调度由操作系统内核控制，下层的调度不受应用程序的控制。

Executor框架的组织架构图

Executor框架的组织架构图如下:

从架构图，我们可以看出：

Executor是一个顶级的接口，接口只有execute一个方法
ExecutorService是Executor的子接口，拥有更多需要用的的方法规范
ExecutorService拥有两个重要实现类ThreadPoolExecutor和ScheuledThreadPoolExecutor
ScheuledThreadPoolExecutor实际最后也是通过ThreadPoolExecutor去实现的

Executor框架的主要成员有：

ThreadPoolExecutor
ScheduledThreadPoolExecutor
Future接口
Runnable接口
Callable接口
Executors工具类

Executors工具类创建的4种线程池

从上面的概念中，我们知道了Executor框架实际是依靠线程池来控制上层的线程调度的。所以线程池自然是重点。而Executor的线程池一般都是通过Executors工具类来创建的，大致可以分为4种：

FixedThreadPool
SingleThreadPool
CacheThreadPool
ScheduleThreadPoll

而线程池又可以根据Executor大致分为两种：

ThreadPoolExcutor(FixedThreadPool，SingleThreadPool，CacheThreadPool)
ScheduleThreadExcutor(ScheduleThreadPool)

FixedThreadPool

Executors的方法：

 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) 
 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory)

使用例子：

 ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);

FixedThreadPool的特点：

FixedThreadPool线程池是一个线程数固定的线程池，比如Executors.newFixedThreadPool(5)的意思就是创建一个线程数固定为5个的线程池。
FixedThreadPool线程池适用于为满足资源管理的需求，而需要限制当前线程数量的应用场景，它适用于负载比较重的服务器
使用链式有界阻塞列队LinkedBlockingQueue来存放任务，既当工作线程已满，没有空闲线程时，待执行任务全部都放在一个LinkedBlockingQueue队列中，这是一个有界的阻塞队列，如果队列已满，生成任务的生成者将被阻塞

SingleThreadPool

Executors的创建方法：

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor()
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory)

使用例子：

ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadPool(5);

SingleThreadPool的特点：

SingleThreadPool是一个单线程的线程池，既整个线程池中，仅有一个线程
SingleThreadPool适用于需要保证顺序地执行的各个任务且在任意时间点，不会有多个线程任务是活动的应用场景
SIngleThreadPool使用的是LinkedBlockQueue链式有界阻塞队列来存放任务。如果队列已满，生成任务的生成者将被阻塞

CacheThreadPool

Executors的创建方法：

public static ExecutorService newCachedThreadPool()
public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory)

使用例子：

ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadPool(5);

CacheThreadPool的特点：

CacheThreadPool是一个大小无界的线程池，既是一个按需创建线程的线程池
适用于执行很多的短期异步任务的小程序或负载较轻的服务器
使用SynchronousQueue不存放元素的阻塞队列来存放任务

ScheduleThreadPool

Executors的创建方法：

//01
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize)
public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory)

//02
public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor()
public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor(ThreadFactory threadFactory)

使用例子：

//01
ExecutorService threadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
//02
ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();

ScheduleThreadPool有两种形式：

第一种是限定某个数量的线程池
另一种是单线程线程池

ScheduleThreadPool的特点：

ScheduleThreadPool有两种形式，一种是类似于FixedThreadPool的限制线程数量的线程池，另一种是类似于SingleThreadPool的单线程线程池
ScheduleThreadPool是属于ScheduleThreadPoolExecutor的，其他的3种是ThreadPoolExecutor
ScheduleThreadPool是使用DelayedWorkQueue来存储任务的

小结：

虽然可以使用Executors工具类直接生产线程池，但是就像阿里巴巴规范所说的一样，我们不推荐Executors去生成线程池，而是通过new ThreadPoolExcutor()的方式。因为使用工具的线程池参数固定，不灵活，有一定的缺陷，为了规范，都统一使用new ThreadPoolExcutor()的方式，按需填写参数。

线程池的创建和使用

线程池的创建

new ThreadPoolExecutor(corePoolSize,maxinumPoolSize,keepAliveTime,milliseconds,
runnableTaskQueue,handle)

以上是创建一个线程的方法，new一个ThreadPoolExecutor,其中参数有6个：

corePoolSize
线程池的基本大小，既该线程池初始化时拥有多少个存活线程。既比如我的核心线程池有5个线程。那个我任务只有2个，线程池也是存活5个线程。
maxinumPoolSize
线程池的最大数量，线程池允许线程的最大数量。但如果使用了无界的阻塞队列，则这个参数就没有什么效果
keepAliveTime
线程活动保持时间，线程池的工作线程空闲后，保持存活的时间，所以，如果任务很多，每个任务的执行时间比较短，可以调大时间，提高线程的利用率。
milliseconds
线程活动保持时间的单位
runnableTaskQueue
该线程池的存放任务的阻塞队列是那种
handle
饱和策略，当队列和线程池都满了，说明线程池处于饱和状态，那么必须采用一种策略来处理新提交的任务。

JDK1.5的4种饱和策略

AbortPolicy
如果队列满了，则直接抛出异常。是Executors生成线程池的默认方法
CallerRunsPolicy
如果队列满了，则使用调用线程执行溢出的任务，即不抛弃任何一个任务
DiscardOldesPolicy
丢弃队列中最老的的任务，插入新任务
DiscardPlicy
如果队列满了，则丢弃所有新任务，直到队列有位置

向线程池提交任务

大致有两个方法

execute()
submit()

参数是任务，execute()用来提交没有返回值的任务，submit()方法用来提交带返回值的任务

关闭线程池

shutdown
shutdownNow

shutdown仅仅是设置运行标识为SHUTDOWN,正在运行的线程等待运行结束
shutdownNow则是设置运行标识为STOP,正在运行的线程也会中断掉

实现例子

 ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
                8,
                8,
                1,
                TimeUnit.SECONDS,
                new ArrayBlockingQueue<>(16),
                new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());