--- theme: condensed-night-purple --- 在 Java 中，可以利用线程做很多事情，创建多个线程来高效的完成任务，例如 Tomcat 用多个线程来接收和处理请求，我们也可以创建多个线程来批量处理数据，原本串行执行的任务变成并行执行，充分利用 CPU 多个核的性能。我们可以用这样的方式创建线程执行并发任务： ```java for (int i = 0; i < 任务数量; i++) { Thread thread = new Thread(任务); thread.start(); } ``` 这样子确实能够并发完成任务，但是也带了问题：创建的线程数量不可控制，一个任务就创建一个线程，当任务量庞大的时候，会带来极大的**内存开销**，反复创建、销毁线程。通过使用线程池的方式，就可以集中管理线程资源，线程池能够给我们带来如下优点： * 复用线程。利用一定数量的线程，反复执行任务，而不用频繁的创建、销毁线程。 * 控制了资源的总量，合理利用 CPU 和内存。由于复用线程，CPU 和内存相较于创建多个线程来说占用更低。 * 统一管理资源，统一停止线程。相同任务类型的线程被统一管理起来，能够在某些情况统一的停止这些任务。 ⭐ 在实际开发中，如果需要创建超过五个线程执行类似的任务，就可以考虑使用线程池了。 ## 🚀 创建线程池我们已经知道了线程池的优点和强大了，现在再介绍一下线程池要怎么去创建，怎么去使用。 ### 🛫 线程池创建线程的规则首先，线程池有几个核心属性，分别是： * `corePoolSize`，核心线程数量，线程池的线程数量会维持在这个数字上 * `maximumPoolSize`，最大线程数量，创建的线程数量不会超过这个数字 * `keepAliveTime`，线程存活时间，超过核心线程数的线程，如果空闲时间超过指定时间，就会被回收 * `任务队列`，用于接收、存储待执行的任务，当线程空闲下来时，会从任务队列中取出任务并执行 * 直接交接队列（SynchronousQueue），队列大小为零，新任务直接开始运行，不会等待 * 有界队列(ArrayBlockQueue)，任务队列是有限的 * 无界队列(LinkedBlockQueue)，任务队列是无限的，理论上可以添加任意数量的任务线程池创建线程的规则是这样的： 1. 如果$当前线程数 < 核心线程数$，则接受新任务就创建新线程 2. 如果$核心线程数 \le 当前线程数 < 最大线程数$，则接收新任务时，将新任务加入到任务队列中 3. 如果任务队列满了，并且 $当前线程数 < 最大线程数$，则创建新的线程执行任务 4. 如果任务队列满了，并且 $当前线程数 = 最大线程数$，那么拒绝该任务并抛出拒绝任务异常`RejectedExecutionException` ![线程池创建线程规则流程图](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/236af3f8ac854ecdaa926db1c24d5bdc~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image) ### 🛫 使用 Executors 创建线程池上文已经提到了线程池的几个核心属性以及创建线程的规则，其实这些核心属性是创建线程池对象的参数，主要来自于`ThreadPoolExecutor`类的构造方法： ```java public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue) ``` 我们可以利用这个方法来创建一个线程池： ```java public static void main(String[] args) { // 创建一个线程池 ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 1, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>()); // 创建 10 个任务，打印线程名 for (int i = 0; i < 10; i++) { // ThreadPoolExecutor 的 execute 方法可以接收并执行任务 // 接收 Runnable 接口实现类，Runnable 是一个方法接口，因此可以使用 Lambda 表达式 pool.execute(()-> { System.out.println(Thread.currentThread().getName()); }); } } ``` 输出结果： ```shell pool-1-thread-1 pool-1-thread-4 pool-1-thread-3 pool-1-thread-3 pool-1-thread-3 pool-1-thread-3 pool-1-thread-3 pool-1-thread-2 pool-1-thread-5 pool-1-thread-1 ``` 阿里手册里面推荐我们给一个线程池指定一个线程工厂，从而另线程池创建的每个线程的名字都有意义。在使用这个方法创建线程的时候，可以这样创建，以指定具体的线程名： ```java // 创建一个线程工厂，实现接口 ThreadFactory public class MyThreadPoolFactory implements ThreadFactory { private final AtomicInteger threadNum = new AtomicInteger(1); private final String prefixName; public MyThreadPoolFactory(String prefixName) { this.prefixName = prefixName; } @Override public Thread newThread(Runnable r) { Thread t = new Thread(r, prefixName + threadNum.getAndIncrement()); return t; } } // 修改上面的例子，创建线程池的语句修改为： ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(5, 5, 1, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(), new MyThreadPoolFactory("我的线程")); // 再次运行查看结果 ``` 运行结果： ```shell 我的线程2 我的线程5 我的线程3 我的线程1 我的线程3 我的线程5 我的线程2 我的线程4 我的线程3 我的线程1 ``` 也可以参考[Java线程池中设置线程名称三种方式 - 屠城校尉杜 - 博客园 (cnblogs.com)](https://www.cnblogs.com/dukedu/p/13813443.html)，用现有的工具类创建。我们也可以使用 `Executor` 类快速创建各种类型的线程池，可以创建如下类型的线程池： | 线程类型 | 说明 | | ---------------- | --------------------------------------------------- | | 固定数量的线程池 | 创建一个线程池，其核心线程数和最大线程数都相同 | | 单线程线程池 | 创建一个线程池，其最多只有一个线程 | | 缓存线程池 | 任务队列使用直接交接队列
最大线程数为整形最大值 | | 定时任务线程池 | 可以定时执行任务或者周期执行任务 | 我们来看看 Executor 的用法，首先是看看固定数量的**线程池的创建方法**： ```java public static void main(String[] args) { ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5, new MyThreadPoolFactory("固定线程池")); for (int i = 0; i < 10; i++) { pool.submit(() -> { System.out.println(Thread.currentThread().getName()); }); } } // 运行结果如下：固定线程池3 固定线程池5 固定线程池5 固定线程池4 固定线程池1 固定线程池2 固定线程池1 固定线程池4 固定线程池3 固定线程池5 // 方法实际调用情况，还是用到了我们上面提到的方法： public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads, ThreadFactory threadFactory) { return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue(), threadFactory); } ``` 此外，其他类型的线程池创建方法也大同小异，具体可以看看下面的`Executors`的相关方法，使用起来还是很简单的。 ```java // 创建一个缓存线程池 public static ExecutorService newCachedThreadPool(ThreadFactory threadFactory) { return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue(), threadFactory); } // 创建一个单线程线程池 public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(ThreadFactory threadFactory) { return new FinalizableDelegatedExecutorService (new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue(), threadFactory)); } // 创建一个定时任务线程池，这里其实还是调用了 new ThreadPoolExecutor()，可以进源码查看，任务队列使用延时队列 public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool( int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) { return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize, threadFactory); } public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize, ThreadFactory threadFactory) { super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue(), threadFactory); } // ScheduledThreadPoolExecutor 的 schedule 方法可以指定任务在一定时间后开始运行，运行结束后任务结束 // scheduleAtFixedRate 方法则可以让一个任务以指定的周期运行，运行结束后会在指定时间后继续运行 ``` ### 🛫 推荐的方法阿里的Java开发手册是推荐我们使用 `ThreadPoolExecutor` 来创建线程池，并且指定线程工厂从而让每个线程都有自己的具体名字的。因此，在实际开发过程中，我们可以尽量使用 `ThreadPoolExecutor` 创建线程池。 ### 🛫 指定合适的线程数量创建线程池指定合适的线程数量对于应用的性能也很有影响，线程数量分配少了，则性能有限，线程数量分配多了，则浪费了资源。但是要如何确定线程需要的数量呢？ * 如果是CPU密集型的应用，例如加密、哈希计算、大量计算的任务，可以考虑使用 1-2 被CPU核心数量的线程数。 * 如果是IO密集型的应用，例如需要反复读写磁盘的任务，则可以指定尽可能多倍于CPU核心数的线程数，因为大多数后线程其实是在等待磁盘 IO 的，可以让其他线程使用资源。还有一条经验法则，可以利用这条公式设置线程数：$线程数=CPU核心数 \times (1 + \frac{平均等待时间}{平均工作时间})$ 总而言之，线程数的设置没有一个通用的规则，而是根据具体的应用场景不断调试出合适的数量。 ## 🚀 停止线程池在使用线程池的过程中，我们也并不是想要让线程池一直运行下去的，有时候可能根据业务需要，例如项目需要紧急停止、用户需要暂停等等，我们需要让一个正在运行并且正在执行任务的线程池停止下来。那么，具体可以怎么停止一个线程池呢？可以看看下面的代码： ```java public class ThreadPoolDemo implements Runnable { @Override public void run() { try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5, new MyThreadPoolFactory("演示停止线程池")); for (int i = 0; i < 50; i++) { pool.submit(new ThreadPoolDemo()); } // 查看线程池是否处于 shutdown 状态 System.out.println("线程池 shutdown：" + pool.isShutdown()); System.out.println("停止线程池"); pool.shutdown(); // 线程池已经进入 shutdown 状态，但是应用还在运行，线程池中的任务还在执行 System.out.println("线程池 shutdown：" + pool.isShutdown()); // 提交新任务会报异常 //pool.submit(new ThreadPoolDemo()); // 如果想要立即停止线程池，可以使用 shutdownNow，会返回线程池中未执行完毕的任务列表 // List runnables = pool.shutdownNow(); // 查看线程池是否已经终止 System.out.println("线程池 terminated：" + pool.isTerminated()); // 等待线程池中的任务运行完毕，主线程阻塞指定时间 pool.awaitTermination(1, TimeUnit.MINUTES); System.out.println("线程池 terminated：" + pool.isTerminated()); } } // 打印结果：线程池 shutdown：false 停止线程池线程池 shutdown：true 线程池 terminated：false 线程池 terminated：true ``` 上面的例子已经演示了如何停止一个正在运行的线程池，现在总结一下上面相关方法的区别： | 方法 | 说明 | | ------------ | -------------------------------------------------------------------------- | | shutdown | 停止线程池，线程池并不会马上停止。拒绝接受新任务，如果提交新任务会抛出异常 | | shutdownNow | 立即停止线程池，正在执行任务的线程会收到中断通知。返回任务队列中的任务 | | isShutdown | 线程池是否收到了 shutdown 指令 | | isTerminated | 线程池是否已经停止 | | awaitTerminated | 调用该方法的线程阻塞住，等待指定时间，运行结果如下：
如果所有任务执行完毕，返回 true。
超过了等待时间，返回false。
当前线程被中断，抛出中断异常 | ### 🛫 为线程池指定拒绝策略线程池在以下这些情况会拒绝任务： * 线程池的状态是 shutdown，此时提交任务会执行拒绝策略 * 线程池的任务队列已满，并且线程数量已经到达最大线程数，此时提交任务会执行拒绝策略可以指定的拒绝策略如下，具体可以查看接口`RejectedExecutionHandler` 的实现类： | 策略 | 说明 | | ------------------- | -------------------------------------------- | | AbortPolicy | 拒绝任务并直接抛出异常，默认策略 | | DiscardPolicy | 默默丢弃任务，不抛出异常 | | CallerRunsPolicy | 拒绝任务，并让提交任务的线程运行被拒绝的任务 | | DiscardOldestPolicy | 丢弃最早提交的任务，然后重新尝试接收该任务 | 可以在 `ThreadPoolExecutor` 的这个构造方法中指定拒绝策略： ```java public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler); // 例如 new ThreadPoolExecutor(2,5,1,...,new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); ``` ## 🚀 线程池的状态从上文中也可以看出，线程池有着各种状态，或者可以提交并执行任务，或者不再接受任务但是仍然执行运行中的任务，或者直接中断执行的任务…… 下面是线程池的各种状态： | 状态 | 说明 | | ---------- | ------------------------------------------------------------ | | RUNNING | 线程池创建后的状态，接收并执行任务 | | SHUTDOWN | 拒绝接收新任务，等待任务执行完成，`shutdown()` 执行后的状态 | | STOP | 拒绝接收新任务，中断执行中的任务，返回任务队列中的任务，`shutdownNow()` 执行后的状态 | | TIDYING | 任务已经停止，没有工作线程，执行线程池的 `terminated()` 方法 | | TERMINATED | 线程池已经停止 |