Java ExecutorService 并发编程详解

一、引言

在现代Java开发中，线程池和并发任务管理是高性能服务器、爬虫、数据处理等场景不可或缺的基础。ExecutorService是Java并发包（java.util.concurrent）中最核心的线程池接口，极大简化了多线程编程的复杂度。本文将系统介绍ExecutorService的原理、常用实现、典型用法及最佳实践。

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二、ExecutorService 基础概念

1. 什么是ExecutorService？

ExecutorService是Java 5引入的线程池顶层接口，继承自Executor，提供了任务提交、批量执行、异步结果获取、线程池生命周期管理等功能。其核心思想是“任务提交与线程管理解耦”，让开发者专注于业务逻辑而无需手动管理线程生命周期。

2. 主要实现类

• ThreadPoolExecutor：最常用的通用线程池实现，支持自定义核心线程数、最大线程数、队列、拒绝策略等。
• ScheduledThreadPoolExecutor：支持定时和周期性任务调度。
• Executors 工厂类：提供便捷的静态方法创建常用线程池，如newFixedThreadPool、newCachedThreadPool、newSingleThreadExecutor等。

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三、核心用法详解

1. 创建线程池

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);

2. 提交任务

Runnable（无返回值）

executor.execute(() -> {
    System.out.println("任务执行");
});

Callable（有返回值）

Future<Integer> future = executor.submit(() -> {
    return 42;
});
Integer result = future.get(); // 阻塞等待结果

3. 批量任务提交

List<Callable<Integer>> tasks = Arrays.asList(
    () -> 1,
    () -> 2,
    () -> 3
);
List<Future<Integer>> results = executor.invokeAll(tasks);
for (Future<Integer> f : results) {
    System.out.println(f.get());
}

4. 定时与周期性任务

ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(2);
scheduler.schedule(() -> System.out.println("延迟任务"), 3, TimeUnit.SECONDS);
scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println("周期任务"), 1, 2, TimeUnit.SECONDS);

5. 关闭线程池

executor.shutdown(); // 优雅关闭
// executor.shutdownNow(); // 强制关闭

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四、最佳实践与注意事项

1. 优先使用线程池而非手动创建线程，避免资源耗尽和管理混乱。
2. 合理选择线程池类型和大小，CPU密集型推荐N+1，IO密集型可适当放大。
3. 任务异常处理：捕获并妥善处理任务中的异常，避免线程池线程被静默终止。
4. 关闭线程池：应用结束前务必调用shutdown()或shutdownNow()，避免资源泄漏。
5. 避免线程安全问题：任务间共享数据需加锁或用并发集合。
6. 使用Future获取结果，并可设置超时，防止任务无限阻塞。

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五、常见问题解答

1. 线程池满了怎么办？

线程池和任务队列满时，默认抛出RejectedExecutionException。可通过ThreadPoolExecutor构造函数自定义拒绝策略（如CallerRunsPolicy、DiscardPolicy等）。

2. 如何获取所有任务的执行结果？

可用invokeAll批量提交，返回List<Future<T>>，逐个get()获取结果。

3. 如何优雅关闭线程池？

推荐：

executor.shutdown();
if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
    executor.shutdownNow();
}

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六、总结

ExecutorService极大提升了Java并发编程的效率和安全性。掌握其用法与原理，是成为高效Java开发者的重要基础。建议在实际项目中优先采用线程池，遵循最佳实践，提升系统性能与稳定性。

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参考资料

• Java官方文档 - ExecutorService
• 《Java并发编程实战》
• 《Effective Java》第三版