Java的线程池了解一下 | 奥利弗的狗窝

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为什么要用线程池

1. 提高性能和响应速度

创建和销毁线程的开销非常大，尤其是在需要频繁创建和销毁线程的场景下。线程池通过复用已经创建的线程来减少线程创建和销毁的开销，从而提高系统的性能和响应速度。

2. 更好的资源管理

通过控制线程的最大并发数，线程池可以防止系统资源被过度使用。例如，如果一个系统同时运行的线程过多，会导致系统资源（如CPU、内存）被大量占用，甚至可能导致系统崩溃。线程池可以有效地控制并发线程的数量，避免这种情况的发生。

3. 方便的任务调度

线程池提供了方便的任务调度机制。可以将任务提交到线程池，而不用关心线程的具体实现和管理。线程池会自动分配线程来执行这些任务，简化了开发者的工作。

4. 提高系统的稳定性

通过统一管理线程，线程池能够更好地处理异常情况，防止资源泄漏。同时，线程池可以通过监控机制（如线程的生命周期、任务的执行情况等）来提高系统的稳定性。

Java线程池的内部机制

Java中的线程池由java.util.concurrent包中的ThreadPoolExecutor类实现。ThreadPoolExecutor是一个高度可配置的类，通过它可以控制线程池的行为。以下是ThreadPoolExecutor的主要组成部分及其机制。

1. 核心线程数（corePoolSize）

核心线程数是线程池在空闲时保留的最小线程数。这些线程在没有任务执行时不会被销毁。当提交一个任务时，线程池会优先使用这些核心线程来执行任务。

2. 最大线程数（maximumPoolSize）

最大线程数是线程池能够创建的最大线程数。当队列中的任务数达到最大线程数时，线程池将拒绝新的任务。

3. 任务队列（workQueue）

任务队列用于保存等待执行的任务。线程池中的线程会从任务队列中获取任务并执行。任务队列的类型和大小会影响线程池的行为。

4. 线程工厂（threadFactory）

线程工厂用于创建新线程。通过自定义线程工厂，可以为线程设置自定义属性（如线程名、优先级等）。

5. 拒绝策略（RejectedExecutionHandler）

当任务队列已满且线程数达到最大线程数时，线程池会执行拒绝策略。拒绝策略可以是抛出异常、调用任务的run方法、丢弃任务或丢弃最早的任务。

线程池的参数作用

在ThreadPoolExecutor中，可以通过以下几个参数来配置线程池的行为：

1. corePoolSize

核心线程数，默认情况下，即使线程空闲，核心线程也不会被回收。

2. maximumPoolSize

最大线程数，当核心线程都在忙碌且任务队列已满时，线程池会创建新线程执行任务，直到达到最大线程数。

3. keepAliveTime

非核心线程的空闲时间，当线程池中的线程空闲时间超过keepAliveTime时，这些线程将被终止。默认情况下，这个参数只对非核心线程有效，但如果allowCoreThreadTimeOut设置为true，它也会作用于核心线程。

4. unit

keepAliveTime的时间单位，可以是TimeUnit中的任意一个枚举值（如秒、毫秒等）。

5. workQueue

任务队列，用于保存等待执行的任务。

6. threadFactory

线程工厂，用于创建新线程。

7. handler

拒绝策略，当任务无法提交到线程池时执行的策略。

几种工作阻塞队列

在Java中，java.util.concurrent包提供了几种常用的阻塞队列，这些队列在不同的场景下具有不同的特点和应用。

1. `ArrayBlockingQueue`

一个由数组支持的有界阻塞队列。此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。因为它是有界的，所以必须指定其容量。

2. `LinkedBlockingQueue`

一个由链表支持的可选有界阻塞队列。此队列按FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。其默认和最大长度为Integer.MAX_VALUE。

3. `SynchronousQueue`

一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等待另一个线程的相应移除操作。此队列非常适用于直接传递任务的场景。

4. `PriorityBlockingQueue`

一个支持优先级排序的无界阻塞队列。优先级通过Comparable或Comparator确定。此队列中的元素并不是按FIFO顺序排列的。

5. `DelayQueue`

一个支持延迟获取元素的无界阻塞队列。队列中的元素必须实现Delayed接口，只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。

线程池类型及使用场景

1. `FixedThreadPool`

固定大小的线程池。核心线程数和最大线程数相同，使用LinkedBlockingQueue作为工作队列。适用于需要限制线程数量以提高性能的场景。

2. `CachedThreadPool`

一个根据需要创建新线程的线程池。线程池中的线程空闲超过60秒会被终止和移除，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。

3. `SingleThreadExecutor`

单线程化的线程池。使用LinkedBlockingQueue作为工作队列，确保所有任务按照指定顺序执行，适用于需要顺序执行任务的场景。

4. `ScheduledThreadPool`

支持定时及周期性任务执行的线程池。适用于需要周期性执行任务的场景，如定时任务调度。

使用线程池的最佳实践

1. 合理配置线程池参数

根据具体的应用场景和硬件资源合理配置线程池的核心线程数、最大线程数和任务队列大小。

2. 使用合适的拒绝策略

根据应用需求选择合适的拒绝策略。例如，在一些关键任务的场景中，可以选择抛出异常的拒绝策略以确保任务不会被丢弃。

3. 定期监控线程池状态

通过监控线程池的状态（如线程数量、任务队列大小、拒绝任务数等）可以及时发现并解决问题，确保系统的稳定运行。

4. 使用自定义线程工厂

通过自定义线程工厂可以为线程设置有意义的名称，方便调试和问题定位。

5. 适当使用`ScheduledExecutorService`

在需要定时或周期性执行任务的场景中，使用ScheduledExecutorService可以简化实现，并提高代码的可读性和维护性。

6. 优雅地关闭线程池

在应用程序关闭时，优雅地关闭线程池以确保所有任务都能被执行完毕。

结论

线程池是Java并发编程中的一个重要工具。通过合理使用线程池，可以提高系统性能、有效管理资源、简化任务调度并增强系统稳定性。了解线程池的内部机制、参数作用、工作阻塞队列及线程池类型，并在实际开发中选择合适的线程池类型和配置，是开发高效稳定的并发程序的关键。希望本文能帮助你更好地理解和使用Java线程池。