【Java 开发日记】什么是线程池？它的工作原理？
目录
一、什么是线程池？
二、线程池的核心工作原理
核心组件
工作流程详解（结合上图）
补充：线程回收
三、Java中的线程池实现 (ThreadPoolExecutor)
核心构造函数
常见的任务队列 (workQueue)
内置的拒绝策略
四、通过 Executors 工具类创建的常见线程池
五、最佳实践与总结
一、什么是线程池？
核心思想： 线程池是一种基于“池化”思想来管理线程的工具。它预先创建好一定数量的线程，放入一个“池子”中，当有任务需要执行时，就从池子中取出一个空闲线程来执行任务，任务执行完毕后，线程并不被销毁，而是返回池中等待执行下一个任务。
为什么需要线程池？
在深入原理之前，我们先想想如果不使用线程池，我们如何处理多任务：
// 原始方式：为每个任务创建一个新线程
for (int i = 0; i < 100; i++) {new Thread(() -> {// 执行任务System.out.println("执行任务：" + Thread.currentThread().getName());}).start();
}这种方式存在几个严重问题：
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资源消耗大：创建和销毁线程是非常消耗CPU和内存的。当任务数量非常多时，频繁地创建和销毁线程会严重影响性能。
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管理困难：无法控制线程的数量，如果并发任务过多，会创建大量线程，导致系统负载过高，甚至崩溃。
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稳定性差：缺乏统一的管理，线程之间的竞争和不可预知的行为会增加系统的不稳定性。
线程池的优势：
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降低资源消耗：通过复用已创建的线程，避免了频繁创建和销毁线程的开销。
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提高响应速度：当任务到达时，无需等待线程创建就能立即执行。
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提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，线程池可以统一进行分配、调优和监控。可以控制最大并发数，防止无限制创建线程。
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提供更强大的功能：线程池提供了定时执行、定期执行、单线程、并发数控制等功能。
二、线程池的核心工作原理
要理解线程池的工作原理，我们需要深入到它的内部组件和执行流程。其核心模型可以用下图清晰地展示：
下面我们来详细拆解图中的每一步。
核心组件
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核心线程池 (
corePoolSize)：线程池中常驻的“核心部队”。即使它们处于空闲状态，也不会被销毁（除非设置了allowCoreThreadTimeOut为true）。 -
任务队列 (
workQueue)：一个阻塞队列，用于存放待执行的任务。当核心线程都在忙时，新来的任务会被放在这个队列里排队等候。 -
最大线程池 (
maximumPoolSize)：线程池允许创建的最大线程数量。这是线程池的“扩编上限”。 -
非核心线程：当任务队列满了，并且当前线程数小于最大线程数时，线程池会创建新的线程来处理任务。这些线程是“临时工”，空闲一段时间后（由
keepAliveTime决定）会被销毁。 -
拒绝策略 (
RejectedExecutionHandler)：当任务队列已满，并且线程数已达到最大值时，线程池会采取一种策略来处理新提交的任务。
工作流程详解（结合上图）
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提交任务
当一个新任务被提交到线程池时，线程池的处理决策流程开始。 -
判断核心线程
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如果当前运行的线程数 小于
corePoolSize（核心线程数），那么无论是否有空闲线程，线程池都会立即创建一个新的核心线程来执行这个任务。 -
如果核心线程数已满，则进入下一步。
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尝试入队
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线程池会尝试将任务放入任务队列 (
workQueue) 进行排队。 -
如果任务队列未满，任务成功入队，等待核心线程空闲下来后从队列中取出执行。
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如果任务队列已满，则进入下一步。
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判断最大线程
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如果任务队列已满，但当前运行的线程数 小于
maximumPoolSize（最大线程数），线程池会创建一个新的非核心线程来立即执行这个任务（注意，它执行的是刚提交的这个新任务，而不是队列里的旧任务）。 -
如果当前线程数已经达到
maximumPoolSize，则进入下一步。
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执行拒绝策略
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当线程池和队列都已经“满负荷”工作时，新提交的任务将被拒绝，线程池会调用
RejectedExecutionHandler来处理这个任务。
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补充：线程回收
当线程池中的线程数量超过了corePoolSize，并且这些“多余”的非核心线程空闲时间超过了keepAliveTime，它们就会被终止，直到线程数量恢复到corePoolSize的大小。
三、Java中的线程池实现 (ThreadPoolExecutor)
在Java中，线程池的核心类是 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor。我们通常通过Executors工厂类来创建配置好的线程池，但更推荐直接使用ThreadPoolExecutor的构造函数来精细控制参数。
核心构造函数
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, // 核心线程数int maximumPoolSize, // 最大线程数long keepAliveTime, // 非核心线程空闲存活时间TimeUnit unit, // 存活时间单位BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务队列ThreadFactory threadFactory, // 线程工厂（用于创建线程）RejectedExecutionHandler handler // 拒绝策略
)常见的任务队列 (workQueue)
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SynchronousQueue：一个不存储元素的队列。每个插入操作必须等待另一个线程的移除操作。这样，提交的任务不会被排队，而是直接创建新线程或执行拒绝策略。Executors.newCachedThreadPool()使用它。 -
LinkedBlockingQueue：一个基于链表的无界队列（除非构造时指定容量）。如果使用无界队列，那么maximumPoolSize参数就失效了，因为队列永远不会满，所以只会创建corePoolSize个线程。 -
ArrayBlockingQueue：一个基于数组的有界队列。可以有效地防止资源耗尽。
内置的拒绝策略
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ThreadPoolExecutor.AbortPolicy（默认）：直接抛出RejectedExecutionException异常。 -
ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用者所在线程（比如主线程）来执行该任务。这提供了一种简单的反馈控制机制，可以降低新任务的提交速度。 -
ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：默默丢弃无法处理的任务，不抛异常。 -
ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的一个任务，然后尝试重新提交当前任务。
四、通过 Executors 工具类创建的常见线程池
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newFixedThreadPool(固定大小线程池)-
corePoolSize=maximumPoolSize= n -
workQueue=LinkedBlockingQueue（无界队列） -
特点：线程数量固定。适用于为了满足资源管理的需求，需要限制当前线程数量的场景。注意：使用无界队列，如果任务过多，可能导致内存溢出(OOM)。
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newCachedThreadPool(可缓存线程池)-
corePoolSize= 0 -
maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE（几乎是无限的） -
keepAliveTime= 60秒 -
workQueue=SynchronousQueue -
特点：线程数量几乎无限制，空闲线程会被回收。适用于执行很多短期异步任务的小程序，或负载较轻的服务器。注意：最大线程数非常大，可能创建大量线程，导致CPU和内存耗尽。
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newSingleThreadExecutor(单线程线程池)-
corePoolSize=maximumPoolSize= 1 -
workQueue=LinkedBlockingQueue（无界队列） -
特点：只有一个线程工作。适用于需要保证任务顺序执行，并且在任意时间点不会有多个线程活动的场景。
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newScheduledThreadPool(定时任务线程池)-
用于在给定的延迟后运行任务，或者定期执行任务。
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五、最佳实践与总结
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理解参数：根据任务的特性（CPU密集型、IO密集型）合理设置
corePoolSize、maximumPoolSize和workQueue。-
CPU密集型：线程数 ≈ CPU核数 + 1
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IO密集型：线程数可以设置得多一些，如 2 * CPU核数
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推荐手动创建：避免使用
Executors的便捷方法，而是直接使用ThreadPoolExecutor构造函数，这样可以更明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。 -
给线程池命名：通过自定义
ThreadFactory，为线程设置有意义的名字，便于出错时回溯。 -
合理选择拒绝策略：根据业务重要性选择合适的拒绝策略。
总结一下：线程池是一个“生产者-消费者”模型的优雅实现。生产者提交任务(Runnable对象)，消费者(池中的线程)从任务队列中获取并执行任务。通过预先创建和复用线程，以及对线程数量的管理，它极大地提升了多线程程序的性能、稳定性和可管理性。理解其核心工作原理是编写高效、健壮并发程序的关键。
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