Java线程池介绍(ExecutorService)

本文介绍了Java线程池的作用及优势,并详细说明了创建线程池的步骤。同时,通过实例对比了四种常见线程池的特点:单线程、固定大小、可缓存和定时线程池。

       最近在写项目的时候用到了Java线程池,第一次接触这个玩意儿,挺好奇的,就去网上查了一些资料,感觉网上介绍的不是太全,今天就结合网上资料和自己的理解写一些Java线程池的简单介绍。

     首先介绍一下Java线程池的作用。Java线程池主要作用就是限制系统中执行线程的数量,进而提高系统的运行效率。根据系统的环境情况,可以自动或手动设置线程数量,达到运行的最佳效果;少了浪费了系统资源,多了造成系统拥挤效率不高。用线程池控制线程数量,其他线程排队等候。一个任务执行完毕,再从队列的中取最前面的任务开始执行。若队列中没有等待进程,线程池的这一资源处于等待。当一个新任务需要运行时,如果线程池中有等待的工作线程,就可以开始运行了;否则进入等待队列。

使用Java线程池的好处:

1.减少了创建和销毁线程的次数,每个工作线程都可以被重复利用,可执行多个任务。

2.可以根据系统的承受能力,调整线程池中工作线线程的数目,防止因为消耗过多的内存,而造成服务器崩溃。

 

OK,既然了解了Java线程池的作用及好处,下面就说一下创建Java线程池的步骤:

1.         定义线程类:可以定义一个实现Runnable接口的类或继承Thread的类。

2.         建立ExecutorService线程池。例如:ExecutorServiceexecutorService = Executors.newCachedThreadPool();。

3.         调用线程池操作。主要是调用execute()方法,当然需要传一个Runnable实例,实际上执行此方法就相当于执行了线程的start()方法。

下面介绍一下常见的几种Java线程池:

1.  newSingleThreadExecutor

创建一个单线程的线程池。这个线程池中在任意时间内只有一个线程在工作,也就是相当于单线程串行执行所有任务。此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

实例:

TestThread.java

package testExecutorService;

public class TestThread implements Runnable {

	public void run() {
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在执行....");
	}

}
TestSingleThreadExecutor.java

package testExecutorService;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestSingleThreadExecutor {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建一个可重用固定线程数的线程池
		ExecutorService pool = Executors.newSingleThreadExecutor();
		// 创建实现了Runnable接口对象
		Runnable runnable1 = new TestThread();
		Runnable runnable2 = new TestThread();
		Runnable runnable3 = new TestThread();
		Runnable runnable4 = new TestThread();
		// execute() 方法将Runnable实例加入pool中,并进行一些pool size计算和优先级处理
		pool.execute(runnable1);
		pool.execute(runnable2);
		pool.execute(runnable3);
		pool.execute(runnable4);
	}
}
运行结果:

有运行结果可知,线程池中只有一个线程在执行。

2.  newFixedThreadPool

创建固定大小的线程池。每次提交一个任务就创建一个线程,直到线程达到线程池的最大大小。线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变,如果某个线程因为执行异常而结束,那么线程池会补充一个新线程。

实例:

TestFixedThreadPool.java

package testExecutorService;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestFixedThreadPool {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建一个可重用固定线程数(2个)的线程池
		ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(2);
		// 创建实现了Runnable接口对象
		Runnable runnable1 = new TestThread();
		Runnable runnable2 = new TestThread();
		Runnable runnable3 = new TestThread();
		Runnable runnable4 = new TestThread();
		Runnable runnable5 = new TestThread();
		Runnable runnable6 = new TestThread();
		Runnable runnable7 = new TestThread();
		Runnable runnable8 = new TestThread();
		// 将线程放入池中进行执行
		pool.execute(runnable1);
		pool.execute(runnable2);
		pool.execute(runnable3);
		pool.execute(runnable4);
		pool.execute(runnable5);
		pool.execute(runnable6);
		pool.execute(runnable7);
		pool.execute(runnable8);
		// 关闭线程池
		pool.shutdown();
	}
}
运行结果:

有运行结果可知,线程池中最多只有两个线程在执行。

3.newCachedThreadPool

创建一个可缓存的线程池。如果线程池的大小超过了处理任务所需要的线程,那么就会回收部分空闲(60秒不执行任务)的线程,当任务数增加时,此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。此线程池不会对线程池大小做限制,线程池大小完全依赖于操作系统(或者说JVM)能够创建的最大线程大小。

实例:

TestCachedThreadPool.java

package testExecutorService;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class TestCachedThreadPool {

	public static void main(String[] args) {
		// 创建一个可重用固定线程数的线程池
		ExecutorService pool = Executors.newCachedThreadPool();
		Runnable runnable1 = new TestThread();
		Runnable runnable2 = new TestThread();
		Runnable runnable3 = new TestThread();
		Runnable runnable4 = new TestThread();
		Runnable runnable5 = new TestThread();
		Runnable runnable6 = new TestThread();
		Runnable runnable7 = new TestThread();
		Runnable runnable8 = new TestThread();
		// 将线程放入池中进行执行
		pool.execute(runnable1);
		pool.execute(runnable2);
		pool.execute(runnable3);
		pool.execute(runnable4);
		pool.execute(runnable5);
		pool.execute(runnable6);
		pool.execute(runnable7);
		pool.execute(runnable8);
		// 关闭线程池
		pool.shutdown();
	}

}
运行结果:

有运行结果可知,放入该线程池中的线程可以有多个,也就是说该线程池并没有对线程的数量作出限制,适合执行一些周期性较短的异步任务。

4.newScheduledThreadPool

创建一个大小无限的线程池。此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。

此处了解不深再此就不做过多解释,希望看到的大神不力赐教。

参考资料:http://automaticthoughts.iteye.com/blog/1612388

<think>我们正在讨论Java线程池ExecutorService,用户希望了解其使用、原理及最佳实践。根据之前的对话历史和提供的参考资料,我们可以系统地组织回答。 参考资料摘要: [^1]:ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类,Executors工厂类提供便捷创建方法。 [^2]:ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都实现了Executor和ExecutorService接口。 [^3]:线程池中的线程用Worker对象封装,Worker是ThreadPoolExecutor的内部类,持有线程池引用。 [^4]:介绍了不同类型的线程池(Fixed, Cached, SingleThread, Scheduled, WorkStealing)及其使用场景。 回答结构: 1. ExecutorService概述:介绍其在Java并发包中的地位和作用。 2. 使用指南:如何创建(通过Executors工厂或直接构造ThreadPoolExecutor)、提交任务、关闭线程池。 3. 核心原理:重点解释ThreadPoolExecutor的工作原理(任务调度、线程复用、队列管理、拒绝策略等)。 4. 最佳实践:参数配置、线程池选择、异常处理、监控等。 5. 常见问题与解决方案:如任务堆积、死锁、资源泄露等。 注意引用标注:在关键结论或数据后添加引用标识。 数学表达式:如线程池性能模型中的公式需要用$...$或$$...$$表示。 最后生成相关问题。 </think>### Java线程池`ExecutorService`的使用、原理及最佳实践 `ExecutorService`是Java并发包(`java.util.concurrent`)的核心接口,用于管理线程池的生命周期和任务执行。以下从使用、原理和实践三个维度展开: --- #### 一、使用指南 1. **创建线程池** 通过`Executors`工厂类或直接构造`ThreadPoolExecutor`实现: ```java // 工厂方法(推荐简单场景) ExecutorService fixedPool = Executors.newFixedThreadPool(10); // 固定大小线程池 [^4] ExecutorService cachedPool = Executors.newCachedThreadPool(); // 弹性线程池(需防OOM)[^4] ExecutorService singlePool = Executors.newSingleThreadExecutor(); // 单线程顺序执行 [^4] // 手动配置(推荐生产环境) ExecutorService customPool = new ThreadPoolExecutor( corePoolSize, // 核心线程数(常驻) maxPoolSize, // 最大线程数(队列满时扩容) keepAliveTime, // 非核心线程空闲存活时间 TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(100), // 任务队列 new CustomRejectedPolicy() // 自定义拒绝策略 ); ``` 2. **提交任务** - `execute(Runnable task)`: 提交无返回值的任务 - `submit(Callable<T> task)`: 提交有返回值的任务,返回`Future<T>`对象 ```java Future<Integer> future = customPool.submit(() -> { // 计算逻辑 return 42; }); Integer result = future.get(); // 阻塞获取结果 ``` 3. **关闭线程池** ```java customPool.shutdown(); // 优雅关闭:停止接收新任务,处理完队列任务 customPool.shutdownNow(); // 强制关闭:中断所有线程(返回未处理任务列表) ``` --- #### 二、核心原理 1. **任务调度流程** - 提交任务时,优先创建核心线程执行(若核心线程数未满) - 核心线程满载后,任务进入阻塞队列 - 队列满载后,创建非核心线程(不超过`maxPoolSize`) - 线程和队列均满载时,触发拒绝策略 [^1][^2] 2. **线程复用机制** 线程池通过`Worker`内部类封装线程(继承`AQS`锁)[^3]: ```java private final class Worker extends AbstractQueuedSynchronizer implements Runnable { final Thread thread; // 实际工作线程 Runnable firstTask; // 初始任务 // 线程执行循环:从队列获取任务并执行 } ``` - 线程启动后循环执行`getTask()`从队列获取任务 - 空闲线程超时(`keepAliveTime`)后被回收 3. **生命周期状态** 通过原子变量`ctl`(32位)维护两种状态: - **高3位**:线程池状态(`RUNNING`, `SHUTDOWN`, `STOP`, `TIDYING`, `TERMINATED`) - **低29位**:有效线程数 状态转换关系: $$ \text{RUNNING} \xrightarrow{\text{shutdown()}} \text{SHUTDOWN} \xrightarrow{\text{队列空}} \text{TIDYING} \xrightarrow{\text{terminated()}} \text{TERMINATED} $$ [^2][^4] --- #### 三、最佳实践 1. **参数配置优化** - **核心公式**:最佳线程数 $N_{\text{threads}} = N_{\text{CPU}} \times U_{\text{CPU}} \times (1 + \frac{W}{C})$ - $N_{\text{CPU}}$:CPU核心数(`Runtime.getRuntime().availableProcessors()`) - $U_{\text{CPU}}$:目标CPU利用率(通常取0.8) - $W/C$:等待时间与计算时间的比值 - **队列容量**:根据业务峰谷值设置,避免`OOM`(如`ArrayBlockingQueue`有界队列)[^1] 2. **拒绝策略选择** | 策略 | 行为 | 适用场景 | |------|------|----------| | `AbortPolicy`(默认) | 抛出`RejectedExecutionException` | 需快速失败场景 | | `CallerRunsPolicy` | 由提交任务的线程执行 | 保证任务不丢失 | | `DiscardPolicy` | 静默丢弃任务 | 容忍数据丢失 | | `DiscardOldestPolicy` | 丢弃队列最旧任务并重试 | 时效性优先 | 3. **监控与调优** - 通过`ThreadPoolExecutor`方法监控: ```java pool.getActiveCount(); // 活动线程数 pool.getQueue().size(); // 队列积压量 ``` - **问题诊断**: - 线程饥饿:增大核心线程数或改用`SynchronousQueue` - CPU过高:降低线程数或优化任务逻辑 - OOM风险:使用有界队列并设置合理拒绝策略 [^4] 4. **场景化选型** | 线程池类型 | 特点 | 适用场景 | |------------|------|----------| | `FixedThreadPool` | 固定线程数 | 负载稳定的服务(如Web后端) | | `CachedThreadPool` | 线程自动回收 | 短时异步任务(需防OOM) | | `ScheduledThreadPool` | 支持定时任务 | 心跳检测、定时报表 [^4] | | `WorkStealingPool` | 工作窃取负载均衡 | CPU密集型并行计算 [^4] | --- #### 四、常见问题解决方案 1. **任务堆积导致OOM** **方案**:使用有界队列 + `CallerRunsPolicy`拒绝策略,限制提交速率。 2. **线程泄漏** **方案**:确保任务正确处理异常(避免线程因异常终止),或使用`ThreadFactory`定制线程的`UncaughtExceptionHandler`。 3. **死锁** **方案**:避免任务间循环依赖;使用`newWorkStealingPool()`利用工作窃取算法打破僵局 [^4]。 4. **资源竞争** **方案**:对共享资源使用`ConcurrentHashMap`等并发容器;控制线程数不超过$2 \times N_{\text{CPU}}$。 > **关键原则**:根据业务场景(I/O密集型或CPU密集型)动态调整参数,并通过压测验证[^1][^3]。
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