Java 异步编程——Java内置线程池（Executor 线程池）

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分类专栏： Java 文章标签： java 多线程线程池 Executor框架

于 2024-05-31 16:24:17 首次发布

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知道线程池是什么以及解决什么问题
Java 内置线程池

知道线程池是什么以及解决什么问题

线程池（Thread Pool）是一种基于池化思想管理线程的工具，用于管理和复用线程的技术。它由一组预先创建的线程组成，这些线程可以在需要时被重复使用来执行多个任务，从而避免了频繁创建和销毁线程的开销。

线程创建是有一定的开销，频繁创建销毁线程的开销会降低系统性能。线程池可以维护多个已创建的线程，一方面避免了处理任务时频繁创建销毁线程开销的代价，另一方面避免了线程无上限创建导致资源浪费及过分调度问题，保证了对系统资源的充分利用。

线程池解决的核心问题就是资源管理的问题。在并发环境下，任意时刻都无法确定有多少任务需要执行，需要多少资源投入使用。由于这些不确定因素在使用多线程时会带来以下若干问题：

频繁创建和销毁线程带来较大的开销。
使用不当出现无限制地创建线程，不停的系统申请资源，缺少抑制手段，容易引发系统资源耗尽的风险。
系统无法合理有效地管理与分配资源，降低系统的稳定性。

那么，使用线程池可以带来有效解决上述可能出现的一系列问题：

降低资源消耗：通过池化技术重复利用已创建的线程，降低线程创建和销毁造成的损耗。
提高响应速度：任务到达时，无需等待线程创建即可立即执行。
提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制创建，不仅会消耗系统资源，还会因为线程的不合理分布导致资源调度失衡，降低系统的稳定性。使用线程池可以进行统一的分配、调优和监控。
提供更多更强大的功能：线程池具备可拓展性，允许开发人员向其中增加更多的功能。比如延时定时线程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允许任务延期执行或定期执行。

Java 内置线程池

在Java 异步编程——Java内置线程调度器（Executor 框架）一文中简单介绍了 Executor 框架以及两级调度模型，现在详细介绍 Executor 框架中相关的线程池类。

Executor、ExecutorService、ThreadPoolExecutor、Executors

Java 里面线程池的顶级接口是 Executor，顶层接口 Executor 提供了一种思想：将任务提交和任务执行进行解耦。用户无需关注如何创建线程，如何调度线程来执行任务，用户只需提供Runnable对象，将任务的运行逻辑提交到执行器（Executor）中，由Executor框架完成线程的调配和任务的执行部分。但是严格意义上讲 Executor 并不是一个线程池，而只是一个执行线程的工具。真正的线程池接口是 ExecutorService （一个 ExecutorService 对象代表一个线程池），这个接口里面声明了一系列管理线程和调度的方式，如：submit()、invokeAll()、invokeAny()、shutDown() 和 shutdownNow() 等，返回 Future 对象，以及可跟踪一个或多个异步任务执行状况返回 Future 的方法。而 ThreadPoolExecutor 是Java中最核心的一个线程池实现类，下面主要以 ThreadPoolExecutor 为例对线程池展开详细介绍。Executors 类，提供了一系列工厂方法用于创建线程池，返回的线程池都实现了 ExecutorService 接口。
在这里插入图片描述

Java 内置线程池设计结构及执行机制

ThreadPoolExecutor 是Java中最核心的一个线程池实现类，这里介绍 ThreadPoolExecutor 线程池的运行机制，如下图所示：
在这里插入图片描述
执行机制（任务调度与线程调度）

在创建了线程池后，开始等待请求。
当调用 execute() 或 submit() 方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断：
1. 当任务数量少于 corePoolSize 线程池中的常驻核心线程数时，会自动创建 thread 来处理这些任务并加入线程池；
2. 当添加任务数大于 corePoolSize 且少于 maximumPoolSize 时，不再创建线程，而是将这些任务放到阻塞队列中，等待被执行；
3. 当阻塞队列满了之后，线程池中的线程数没有超过 maximumPoolSize 最大线程数（非核心线程数），则新建一个线程处理任务并加入到线程池中，从而加速处理阻塞队列；
4. 当阻塞队列满了之后，且添加任务大于 maximmPoolSize 时，根据饱和策略决定是否容许继续向线程池中添加任务，默认的饱和策略是 AbortPolicy（直接丢弃）。
当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。
空闲的线程（非核心线程）会在到达 keepAliveTime 时间之后没有被使用的话就被回收（超过核心线程数的线程销毁，核心线程数以内的线程扔回池子待命）。所以线程池的所有任务完成后，线程池最终收缩只保留 corePoolSize 核心线程数的大小。