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用代码示例说明如何通过线程池实现Java多线程编程

news 2025/11/5 9:57:26

在Java中，线程池是管理多线程的高效方式，它通过复用线程减少频繁创建/销毁线程的开销。以下通过代码示例详细说明如何使用线程池实现多线程编程，包括线程池的创建、提交任务、获取结果及关闭线程池等核心操作。

一、线程池核心API简介

Java通过java.util.concurrent包提供线程池支持，核心类和接口：

ExecutorService：线程池核心接口，定义了提交任务、关闭线程池等方法。
Executors：工具类，提供快速创建常见线程池的静态方法（实际开发中推荐ThreadPoolExecutor自定义线程池，更灵活）。
ThreadPoolExecutor：线程池的核心实现类，可自定义核心线程数、最大线程数等参数。

二、线程池使用步骤（代码示例）

1. 基本使用：提交`Runnable`任务（无返回值）

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class ThreadPoolRunnableDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 创建线程池（这里用Executors.newFixedThreadPool创建固定大小的线程池）// 核心线程数为3，即同时最多运行3个线程ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);// 2. 提交任务（Runnable接口，无返回值）for (int i = 0; i < 5; i++) { // 提交5个任务final int taskId = i; // 任务编号// 提交Runnable任务executor.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {// 任务逻辑：打印线程名和任务ID，模拟耗时操作System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + " 执行任务" + taskId);try {Thread.sleep(1000); // 模拟任务耗时1秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});}// 3. 关闭线程池（重要！否则程序会一直运行）// shutdown()：不再接受新任务，等待已有任务执行完毕后关闭executor.shutdown();}
}

输出说明：
线程池有3个核心线程，5个任务会分两批执行（前3个同时执行，1秒后执行剩余2个），输出类似：

线程pool-1-thread-1 执行任务0
线程pool-1-thread-2 执行任务1
线程pool-1-thread-3 执行任务2
（1秒后）
线程pool-1-thread-1 执行任务3
线程pool-1-thread-2 执行任务4

2. 提交`Callable`任务（有返回值）

如果需要线程返回结果，可提交Callable任务，通过Future获取结果。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;public class ThreadPoolCallableDemo {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {// 1. 创建线程池（单线程池，仅1个线程）ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();// 2. 提交Callable任务（有返回值，这里返回1~n的和）Callable<Integer> task = new Callable<Integer>() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {int sum = 0;for (int i = 1; i <= 100; i++) {sum += i;}return sum; // 返回计算结果}};// 提交任务并获取Future对象（用于获取结果）Future<Integer> future = executor.submit(task);// 3. 关闭线程池executor.shutdown();// 4. 通过Future获取结果（get()会阻塞，直到任务完成）int result = future.get();System.out.println("1~100的和：" + result); // 输出：5050}
}

多任务批量获取结果示例：

public class ThreadPoolMultiCallableDemo {public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {// 创建固定大小为2的线程池ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);// 存储多个Future对象List<Future<Integer>> futures = new ArrayList<>();// 提交3个任务（计算1~n的和）for (int i = 1; i <= 3; i++) {final int num = i * 100; // 分别计算1~100、1~200、1~300的和Future<Integer> future = executor.submit(new Callable<Integer>() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {int sum = 0;for (int j = 1; j <= num; j++) {sum += j;}return sum;}});futures.add(future);}// 关闭线程池executor.shutdown();// 遍历Future获取所有结果for (int i = 0; i < futures.size(); i++) {System.out.println("1~" + (i + 1) * 100 + "的和：" + futures.get(i).get());}}
}

输出：

1~100的和：5050
1~200的和：20100
1~300的和：45150

3. 自定义线程池（`ThreadPoolExecutor`）

Executors创建的线程池有潜在风险（如newCachedThreadPool可能创建大量线程导致OOM），实际开发中推荐用ThreadPoolExecutor自定义参数：

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;public class CustomThreadPoolDemo {public static void main(String[] args) {// 自定义线程池参数int corePoolSize = 2; // 核心线程数（常驻线程）int maximumPoolSize = 4; // 最大线程数（核心线程+临时线程）long keepAliveTime = 60; // 临时线程空闲时间TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS; // 时间单位// 任务队列（容量为2，超出的任务会创建临时线程）ArrayBlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(2);// 创建自定义线程池ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize,maximumPoolSize,keepAliveTime,unit,workQueue);// 提交5个任务for (int i = 0; i < 5; i++) {final int taskId = i;executor.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + " 执行任务" + taskId);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});}// 关闭线程池executor.shutdown();}
}

参数说明：

核心线程数2，任务队列容量2。提交5个任务时：
- 前2个任务由核心线程执行；
- 中间2个任务放入队列等待；
- 第5个任务触发创建临时线程（最大线程数4，因此可创建2个临时线程）。

三、线程池常用方法

方法	说明
`submit(Runnable)`	提交无返回值的任务，返回`Future<?>`
`submit(Callable<T>)`	提交有返回值的任务，返回`Future<T>`
`shutdown()`	平缓关闭：不再接受新任务，等待现有任务完成后关闭
`shutdownNow()`	强制关闭：尝试中断所有任务，返回未执行的任务
`isShutdown()`	判断线程池是否已关闭
`isTerminated()`	判断所有任务是否执行完毕