java线程池使用指南

线程池简介

java线程池是一种用于管理和复用线程的机制。它包含一组预先创建的线程，这些线程可以被重复使用来执行任务，而不需要为每个任务都创建和销毁线程。

线程池的主要目的是提高多线程应用程序的性能和效率，同时减少线程创建和销毁的开销。通过合理配置线程池的大小和参数，可以更好地利用系统资源，避免过多的线程竞争和线程创建/销毁的开销。

线程池通常由以下几个核心组件组成：

• 线程池管理器（ThreadPoolExecutor）：负责创建和管理线程池，包括线程创建、销毁、任务调度等操作。
• 工作线程（Worker Threads）：线程池中的线程，用于执行提交给线程池的任务。
• 任务队列（Task Queue）：用于存储待执行的任务。当线程池中的线程空闲时，它们会从任务队列中获取任务并执行。
• 任务（Task）：要执行的工作单元。可以是实现了 Runnable 接口或 Callable 接口的任务对象。

ThreadPoolExecutor运行原理

线程池的好处

• 降低资源消耗：通过池化技术重复利用已创建的线程，降低线程创建和销毁造成的损耗。
• 提高响应速度：任务到达时，无需等待线程创建即可立即执行。
• 提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制创建，不仅会消耗系统资源，还会因为线程的不合理分布导致资源调度失衡，降低系统的稳定性。使用线程池可以进行统一的分配、调优和监控。
• 提供更多更强大的功能：线程池具备可拓展性，允许开发人员向其中增加更多的功能。比如延时定时线程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允许任务延期执行或定期执行

创建线程池

线程池构造函数的参数

• corePoolSize指的是核心线程数：线程池在完成初始化后，默认情况下，线程池中并没有任何线程，线程池会等待有任务到来时， 再创建新线程去执行任务 线程池有可能会在核心线程数的基础上，额外增加一些线程，但是这些新增加的线程数有一个上限，这就是最大量maxPoolSize
• 存活时间：线程数超过codesize后，多余的线程会存活到设置定的时间后，自动销毁
• threadFactory：新线程创建的工厂方法，
• handler：拒绝执行策略，默认为AbortPolicy

  

线程池队列

线程池原理

• 如果线程数小于corePoolSize，即使其他工作线程处于空闲状态，也会创建一个新线程来运行新任务。
• 如果线程数等于（或大于）corePoolSize但少于 maximumPoolSize，则将任务放入队列。
• 如果队列已满，并且线程数小于maxPoolSize，则创建一个新线程来运行任务。
• 如果队列已满，并且线程数大于或等于maxPoolSize， 则拒绝该任务。

  

线程池状态

提交任务

任务提交的方法有如下:

• execute(Runnable command)： 提交一个任务给线程池进行执行。根据线程池的状态和工作线程数量，决定是创建新线程来执行任务还是排队任务或者拒绝任务。
• Future submit(Runnable task) 提交一个任务给线程池，并返回一个Future，由于runable 无返回值，不能获取到执行任务的返回结果，但是可以通过future获取当前任务的状态
• Future submit(Callable task) 这个方法的参数是一个 Callable 接口，它只有一个 call() 方法，并且这个方法是有返回值的，所以这个方法返回的 Future 对象可以通过调用其 get() 方法来获取任务的执行结果。
• Future submit(Runnable task, T result) 假设这个方法返回的 Future 对象是 f，f.get() 的返回值就是传给 submit() 方法的参数 result。这个方法该怎么用呢？下面这段示例代码展示了它的经典用法。需要你注意的是 Runnable 接口的实现类 Task 声明了一个有参构造函数 Task(Result r) ，创建 Task 对象的时候传入了 result 对象，这样就能在类 Task 的 run() 方法中对 result 进行各种操作了。result 相当于主线程和子线程之间的桥梁，通过它主子线程可以共享数据

线程停止方式

线程停止的方法如下:

• shutdown() 等待所有任务执行完后，再关闭所有线程。建议用这种方式停止线程
• shutdownnow() 立即停止所有线程，不管提交任务执行到哪里

线程数数量设置

线程数的设置要根据不同场景来合理设置，本文提供一个基于经验来设置线程数的方法。实际要根据应用进行压测后，给出一个实际值。

• cpu密集型 线程数= cpu核心数+1
• io密集型 线程数= cpu核心数*（1+平均等待时间/平均工作时间）

以上设置都是经验值，实际要根据业务场景压测出来一个合理的值。

线程池最佳实践

使用线程池时，以下是一些最佳实践，可以帮助您获得最佳性能和可靠性：

• 选择合适的线程池大小：根据应用程序的需求和系统资源，选择合适的核心线程数和最大线程数。不要盲目增加线程数，过多的线程可能会导致资源竞争和性能下降。
• 使用合适的阻塞队列：选择适合您应用程序需求的阻塞队列类型。常见的阻塞队列包括无界队列（如 LinkedBlockingQueue）和有界队列（如 ArrayBlockingQueue）。无界队列可能会导致内存溢出，因此需要谨慎使用。
• 设置适当的线程池参数：根据应用程序的特性和负载情况，设置合适的参数，例如空闲线程的存活时间（keepAliveTime）、是否允许核心线程超时（allowCoreThreadTimeOut）等。
• 使用合适的拒绝策略：当线程池无法接受新的任务时，通过设置合适的拒绝策略来处理。常见的拒绝策略包括丢弃策略（DiscardPolicy）、丢弃最旧的任务策略（DiscardOldestPolicy）、抛出异常策略（AbortPolicy）和调用者运行策略（CallerRunsPolicy）。
• 考虑任务的优先级：如果您的应用程序中有不同优先级的任务，可以使用带有优先级的队列（如 PriorityBlockingQueue）来确保高优先级的任务能够尽快执行。
• 处理异常：正确处理任务中可能发生的异常，避免线程池因为未捕获的异常而终止。可以通过在任务中捕获异常并记录日志，或者使用适当的 UncaughtExceptionHandler 来处理异常。
• 合理设计任务：确保任务的执行时间不会太长，避免长时间阻塞线程池中的线程。如果可能，将长时间运行的任务拆分为多个较小的任务，以便更好地利用线程池中的线程。
• 及时关闭线程池：当不再需要线程池时，应该及时关闭它，以释放资源并避免可能的内存泄漏。可以使用 shutdown() 方法来优雅地关闭线程池，或者使用 shutdownNow() 方法立即关闭线程池。
• 监控和调优：监控线程池的性能指标，例如活动线程数、任务完成数、任务队列大小等，以便及时发现性能瓶颈和问题，并根据需要进行调优。