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线程池相关介绍

news 2025/7/4 16:11:10

一、线程池

1、概念：

线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建的线程集合中自动执行这些队列任务。

2、作用：

线程池的主要作用是管理线程资源，避免频繁创建和销毁线程带来的性能开销，提高程序的执行效率和稳定性。

3、过程：

核心方法：submit(Runnable)，通过Runnable描述一段要执行的任务，通过submit将任务放到线程池里面，此时线程池里面的线程就会执行这样的任务。

二、线程池参数介绍

1、核心参数

java的标准库里面提供了直接使用的线程池ThreadPoolExecutor，包含7个核心参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler
)

接下来我们详细介绍这7个参数。

2、corePoolSize(核心线程数)

（1）表示至少多少个线程，线程池一旦创建，这些线程也会创建，直到整个线程池销毁，这些线程才销毁。

（2）作用：线程池长期保持的线程数量，即使线程处于空闲状态也不会销毁（除非设置了allowCoreThreadTimeOut）。

（3）示例：corePoolSize=5表示线程池至少保留5个线程。

3、maximumPoolSize（最大线程数）

（1）表示线程池中的核心线程+非核心线程（不繁忙就销毁，繁忙就在创建）。

（2）作用：线程池允许创建的最大线程数量。

（3）与任务队列的关系：当核心线程满且任务队列已满时，线程池会创建新线程直到达到最大线程数。

这个关系可能有点难理解，主要和工作流程有关，下面会介绍，我们可以举一个生活中的场景来理解：

假设你经营一家餐厅，核心线程数就是长期雇佣的全职厨师，任务队列可以比作餐厅内的等待座位（例如最多坐 5 人），而最大线程数就是最多能雇佣的厨师数量。
顾客来之后，如果核心线程未满，则新顾客直接入座，全职厨师立即做菜，核心线程已满，那么新顾客进入候餐区等待，如果候餐区已满，此时餐厅会临时雇佣兼职厨师（创建新线程），直到总厨师数达到最大线程数。
最后如果总厨师数已满且候餐区已满：拒绝新顾客（触发拒绝策略）。

4、keepAliveTime（线程空闲超时时间）

（1）作用：当线程数量超过核心线程数时，多余的空闲线程在被销毁前等待新任务的最长时间。

（2）配置：需配合TimeUnit参数指定时间单位（如秒、毫秒）。

5、TimeUnit（java中的枚举类）

（1）作用：定义了7种时间单位

NANOSECONDS（纳秒）
MICROSECONDS（微秒）
MILLISECONDS（毫秒）
SECONDS（秒）
MINUTES（分钟）
HOURS（小时）
DAYS（天）

6、workQueue（任务队列）

（1）作用：存储待执行的任务，仅当核心线程已满时，新任务才会进入队列。

（2）选择使用数组/链表；指定容量capacity；指定是否要带有优先级/比较规则；

（3）常用队列类型：
ArrayBlockingQueue：有界队列，需指定容量。
LinkedBlockingQueue：无界队列（默认容量为Integer.MAX_VALUE），可能导致 OOM。
SynchronousQueue：直接提交队列，不存储任务，需配合无界线程数使用。

7、threadFactory（线程工厂）

（1）作用：创建线程的工厂类，可自定义线程名称、优先级等属性。（统一构造并初始化线程）

（2）工厂模式也是一种设计模式，和单例模式是并列关系。

（3）工厂方法的核心是通过静态方法把构造对象new的过程、各种属性初始化过程封装起来了，提供多组静态方法实现不同的情况。

8、handler（拒绝策略）

（1）作用：当任务队列和线程池都满时，对新提交任务的处理策略。（可以结合第3点的生活场景理解）

（2）内置策略：

AbortPolicy（默认）：直接抛出RejectedExecutionException，线程池可能无法继续工作
CallerRunsPolicy：让调用submit的线程自行执行任务。
DiscardPolicy：静默丢弃新任务，当前submit的这个任务。
DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的任务，尝试重新提交当前任务。

三、线程池工作流程

1、线程初始化

（1）参数配置：创建线程池时需指定核心参数（如核心线程数、最大线程数、任务队列类型等）。

（2）线程创建：初始化时默认不创建线程，直到有任务提交。

2、任务提交流程

当调用submit()或execute()提交任务时，线程池按以下顺序处理：

3、任务执行与线程复用

（1）工作线程循环：线程启动后进入无限循环，从队列中获取任务并执行：

while (true) {Runnable task = workQueue.take();  // 阻塞获取任务task.run();
}

（2）线程复用：任务执行完毕后，线程不会立即销毁，而是继续等待下一个任务，实现复用。

（3）超时销毁：非核心线程空闲时间超过keepAliveTime时会被销毁，核心线程默认保留。

4、拒绝策略处理

当线程池和队列均满时，新任务会触发拒绝策略。（详见第二部分四种内置策略）

5、关闭线程池

调用shutdown()或shutdownNow()终止线程池

（1）shutdown()：平缓关闭，不再接受新任务，但会执行完队列中已有的任务。

（2）shutdownNow()：强制关闭，尝试中断正在执行的任务，并返回队列中未执行的任务列表。

executor.shutdown();  // 平缓关闭
try {if (!executor.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS)) {executor.shutdownNow();  // 超时未关闭则强制关闭}
} catch (InterruptedException e) {executor.shutdownNow();
}

四、使用Executors 创建常见的线程池

Executors 类提供了一系列工厂方法，用于快速创建不同类型的线程池。

返回类型是ExecutorService，通过ExecutorService.submit可以注册⼀个任务到线程池中。

1、newFixedThreadPool（固定大小线程池）

创建固定数量线程的线程池，适用于需要控制并发线程数的场景。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class FixedThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建包含5个线程的固定大小线程池ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);// 提交10个任务for (int i = 0; i < 10; i++) {final int taskId = i;executor.submit(() -> {System.out.println("Task " + taskId + " executed by " + Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});}// 关闭线程池executor.shutdown();}
}

特点：核心线程=最大线程数，线程数量固定

2、newCachedThreadPool（缓存线程池）

创建可根据需要动态扩展的线程池，适用于执行大量短期异步任务的场景。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class CachedThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建缓存线程池ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();// 提交大量短期任务for (int i = 0; i < 100; i++) {final int taskId = i;executor.submit(() -> {System.out.println("Task " + taskId + " executed by " + Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});}executor.shutdown();}
}

特点：

核心线程数 = 0，最大线程数 = Integer.MAX_VALUE（理论无限）。
线程空闲 60 秒后自动回收，适用于短期任务。
使用SynchronousQueue，任务直接提交给线程处理，不排队。
风险：可能创建过多线程导致系统资源耗尽。

3、newSingleThreadExecutor（单线程线程池）

创建只有一个工作线程的线程池，确保任务按顺序执行。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class SingleThreadExecutorExample {public static void main(String[] args) {// 创建单线程线程池ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();// 提交多个任务for (int i = 0; i < 5; i++) {final int taskId = i;executor.submit(() -> {System.out.println("Task " + taskId + " executed by " + Thread.currentThread().getName());try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});}executor.shutdown();}
}

特点：

核心线程数 = 最大线程数 = 1，确保任务串行执行。
使用无界队列，任务按提交顺序执行。
适用于需要顺序执行任务且不允许并发的场景。

4、newScheduledThreadPool（定时任务线程池）

创建支持定时或周期性执行任务的线程池。

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;public class ScheduledThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建包含3个线程的定时任务线程池ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(3);// 延迟2秒后执行一次任务executor.schedule(() -> {System.out.println("Delayed task executed");}, 2, TimeUnit.SECONDS);// 延迟1秒后，每3秒执行一次任务executor.scheduleAtFixedRate(() -> {System.out.println("Periodic task executed");}, 1, 3, TimeUnit.SECONDS);}
}