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Java线程池(Thread Pool) - 一篇不太详细的解释

学习Java线程池(Thread Pool)的总结，主要包括ThreadPoolExecutor类的介绍，Excutors类介绍

线程池

使用线程池的主要原因：控制并发数量

此外：

  • 线程池可以复用已经创建的线程，以降低资源消耗
  • 可以对线程做统一管理

ThreadPoolExecutor类

ThreadPoolExecutor类是Executor接口的实现类，Executor 提供了一种标准的方式来运行任务（Runnable 或 Callable），而不需要手动创建和管理线程。

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public interface Executor {
    void execute(Runnable command);
}

Executor 本身只是一个接口，它并不直接决定是否开辟新线程。是否开辟新线程取决于 Executor 的具体实现。

而**ThreadPoolExecutor**：使用线程池中的线程执行任务，不会为每个任务都开辟新线程（除非线程池需要扩展）。

ThreadPoolExecutor核心概念：

  • 核心线程与非核心线程
    • 线程池中有两类线程，核心线程和非核心线程。核心线程默认情况下会一直存在于线程池中，即使这个核心线程什么都不干（铁饭碗），而非核心线程如果长时间的闲置，就会被销毁（临时工）。
  • 线程工厂
    • ThreadFactory 创建线程的工厂 ，用于批量创建线程，统一在创建线程时设置一些参数，如是否守护线程、线程的优先级等。如果不指定，会新建一个默认的线程工厂。

ThreadPoolExecutor构造方法

ThreadPoolExecutor有四个构造方法，其参数主要如下：

  • int corePoolSize：核心线程数。
  • int maximumPoolSize：最大线程数。
  • long keepAliveTime：非核心线程闲置超时时长。
  • BlockingQueue workQueue：阻塞队列，维护着等待执行的Runnable任务对象。
    • LinkedBlockingQueue：链式阻塞队列，底层数据结构是链表，默认大小是Integer.MAX_VALUE，也可以指定大小。
    • ArrayBlockingQueue：数组阻塞队列，底层数据结构是数组，需要指定队列的大小。
    • SynchronousQueue：同步队列，内部容量为0，每个put操作必须等待一个take操作，反之亦然。
    • DelayQueue：延迟队列，该队列中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素 。
  • ThreadFactory threadFactory：线程工厂。
    • 创建线程的工厂 ，用于批量创建线程，统一在创建线程时设置一些参数，如是否守护线程、线程的优先级等。如果不指定，会新建一个默认的线程工厂。
  • RejectedExecutionHandler handler：拒绝策略。
    • 拒绝处理策略，线程数量大于最大线程数就会采用拒绝处理策略，一共有四种。
    • ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：默认拒绝处理策略，丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
    • ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丢弃新来的任务，但是不抛出异常。
    • ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列头部（最旧的）的任务，然后重新尝试执行程序（如果再次失败，重复此过程）。
    • ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务。

ThreadPoolExecutor线程池任务处理流程

  1. 任务提交：
    • 通过 execute(Runnable command) 方法提交任务。
  2. 判断线程数是否小于核心线程数（corePoolSize）：
    • 如果当前线程数 < corePoolSize，则创建核心线程执行任务（优先让核心线程数快速达到上限值）。
    • 如果当前线程数 >= corePoolSize，进入下一步。
  3. 如果当前线程数 >= corePoolSize，尝试将任务加入工作队列（workQueue）：
    • 新来的线程任务会进入任务队列中等待，然后空闲的核心线程会依次去缓存队列中取任务来执行（体现了线程复用）。
    • 如果工作队列已满，进入下一步。
  4. 如果工作队列已满：
    • 如果当前线程数 < maximumPoolSize，则创建新线程（即非核心线程，临时工）执行任务。
    • 如果当前线程数 >= maximumPoolSize，进入下一步。
  5. 触发拒绝策略（RejectedExecutionHandler）：
    • 如果线程池无法接受新任务（线程数达到 maximumPoolSize 且工作队列已满），根据设置的拒绝策略处理任务。

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ThreadPoolExecutor线程复用原理

具体原理与源码解析移步 深入浅出Java多线程 - ThreadPoolExecutor如何做到线程复用的？

这里简单讲讲：

ThreadPoolExecutor在创建线程时，会将线程封装成工作线程worker,并放入工作线程组中，然后这个worker反复从阻塞队列中拿任务去执行。如果任务队列为空，线程会根据 keepAliveTime 和 allowCoreThreadTimeOut 的设置决定是否等待或销毁。

Excutors类

Executors 是一个工具类，提供了静态工厂方法，用于创建不同类型的线程池。它的主要目的是简化线程池的创建，隐藏底层实现的复杂性。其基本方法主要都由ThreadPoolExecutor类实现。

Executors 是对 ThreadPoolExecutor 的一种高层抽象，而 ThreadPoolExecutor 是线程池的核心实现。

这里讲讲Executors 工具类的四个静态方法

newFixedThreadPool(int nThreads)

创建一个只有核心线程且固定数量的线程池，。适合任务数量稳定、需要控制并发数量的场景。

固定数量工人工厂，

由于线程不会被回收，会一直卡在阻塞，所以没有任务的情况下， FixedThreadPool占用资源更多。

newCachedThreadPool

创建一个可缓存的线程池，不创建核心线程，只创建非核心线程，线程数量会根据任务数量动态调整。

只有临时工工厂，有多少任务雇佣多少工人，工人一旦空闲就解雇

当需要执行很多短时间的任务时，CacheThreadPool的线程复用率比较高， 会显著的提高性能。

newSingleThreadExecutor()

创建一个单线程的线程池，所有任务按顺序执行。

有且仅有一个核心线程（ corePoolSize == maximumPoolSize=1），使用了LinkedBlockingQueue（容量很大），所以，不会创建非核心线程。所有任务按照先来先执行的顺序执行。如果这个唯一的线程不空闲，那么新来的任务会存储在任务队列里等待执行。

newWorkStealingPool()

创建一个定长线程池，支持定时及周期性任务执行。

newWorkStealingPool()

建一个工作窃取线程池，使用 ForkJoinPool 实现，适合并行处理任务。并不使用ThreadPoolExecutor 实现。

就像你开了一家团队协作公司，每个人（线程）不仅做自己的任务，还会偷别人的任务来做，效率更高。