（面试经典问题之线程池篇）线程池构成、作用及其基本原理详解

一、线程池的定义

线程池是一种管理和复用线程的技术，通过维护一定数量的线程来执行任务，从而避免频繁创建和销毁线程，提升系统性能，特别是在高并发场景下。它提供线程复用、任务排队和线程管理等功能。

更精简的说：线程池是维持管理固定数量线程的池式结构。

除了线程池之外，其他的池式结构还包括：数据库连接池、内存池、对象池等，他们的共同点都是复用资源，后续文章会对这些池也进行深入讲解，这是后话。

二、线程池的作用

精简来说，线程池的作用分为两点：

1、性能优化：不过度占用核心线程，异步执行耗时任务；

2、并发执行：充分利用cpu多核，并发执行核心线程；

三、为什么需要线程池？

之所以需要线程池，就是为了利用线程池的作用，去解决一些特定问题。

当某类任务特别耗时，严重影响核心线程（也称作生产者线程，读者若有不明白什么是生产者线程的，可以自行去搜索一下生产者线程-消费者线程模型，该点自学不难理解，下面有不明白的名词也是同理）处理其他任务时，可以将该任务切换到线程池中的其他线程中异步执行，从而避免了核心线程的阻塞，让核心线程可以继续执行其他任务。

其中，耗时任务可以分为耗时等待和耗时处理两种类型。耗时等待任务一般也可以称作I/O密集型任务，比如网络I/O收发数据时可能需要等待内核中的接收缓冲区和发送缓冲区就绪，才能执行对应操作，这便是耗时等待任务。耗时处理任务一般也可以称作cpu密集型任务，比如某种需要大量运算的任务，需要极大的占用cpu运行时间，这便是耗时处理任务。以上两种任务统称为耗时任务，线程池就是需要去异步执行这类任务。

四、为什么需要维持管理固定数量的线程？

不知读者看完前三节是否也会产生相同的问题，前面聊线程池作用时，都在突出一个点，就是“当核心线程执行到某耗时任务时，将该任务切换到其他线程去异步执行”，那为什么不到那时候再创建一个新线程，而是要一直维持管理固定数量的线程呢？

这个问题的答案很明确：为了避免线程频繁的创建和销毁。我们不能当需要一个新线程时才创建它，等用完了就去销毁它，这会导致系统资源的极大浪费，并且创建线程属于系统调用，是一个相对耗时的操作，会影响高并发场景下的系统性能。因此，线程池的概念才应运而生，我们早早就初始化一个线程池，里面维护着固定数量的线程，当有需要的时候可以自行去池里拿，用完后也不必销毁，而是放回池中供别的任务使用。

那就又出现一个新的问题：线程池中的线程数量是不是越多越好？答案也很明确，并不是越多越好。因为系统资源是有限的，随着线程数量的持续增加，反而会带来系统负担，降低性能。通俗将就是我池子里10个线程就够用了，你非要维护20个，那不是还要多付他们工资嘛，跟互联网公司裁员的道理也大差不差。

那究竟应该维持多少数量的线程呢？这个问题的答案是根据经验公式来的，分为两类。1、当我们的耗时任务是cpu密集型时，线程数量=cpu核心数；2、当我们的耗时任务时I/O密集型时，线程数量=（线程等待时间+cpu运算时间）*cpu核心数/cpu运算时间；具体为什么等于这些值，读者可以自行去搜索答案，这里不赘述。

五、线程池的构成

上文提到，线程池的应用场景在于有一个生产者线程（该线程不属于线程池中线程）发布耗时任务，然后消费者线程（这些线程是线程池中的线程）取出任务并执行任务。这便是生产者-消费者模型的大体框架，但凡涉及到这个框架，我们就需要一个队列去存储任务，在这里也称作任务队列。

因此，线程池的结构如下图所示（截自mark老师的树状图）：

有关线程池的基本原理就介绍到这，后续将进行其他池式组件的介绍。

https://github.com/0voice