Java线程池

一只爱撸猫的程序猿
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Java线程池.png

1.什么是Java线程池

Java线程池（Java Thread Pool）是Java并发编程中的一个重要概念。它是一种为多线程处理任务提供容器的工具，用于管理和控制线程的执行。线程池的主要目标是减少在创建和销毁线程上的开销，以及优化系统资源的使用，提高线程的可管理性。

当有一个新任务需要执行时，线程池会做如下处理：

  1. 如果线程池内的线程数量还没达到最小线程数，线程池就会创建一个新线程来执行任务。

  2. 如果线程池内的线程数量达到了最小线程数但还没达到最大线程数，并且任务队列已满，线程池会创建一个新线程来执行任务。

  3. 如果线程池内的线程数量达到了最大线程数，任务队列也已满，线程池会拒绝处理任务，并按照预先设定的策略（拒绝策略）来处理这种情况。

Java线程池在java.util.concurrent包下，常用的类有ThreadPoolExecutor和Executors。ThreadPoolExecutor是线程池的核心实现类，可以创建不同类型的线程池。Executors提供了一些工厂方法来创建不同类型的线程池，如固定大小的线程池、单线程池、可缓存线程池等。

使用线程池可以带来很多好处，比如：

  1. 降低资源消耗：通过重复利用已创建的线程，降低线程创建和销毁造成的消耗。

  2. 提高响应速度：当任务到达时，任务可以不需要等待线程创建就能立即执行。

  3. 提高线程的可管理性：线程是稀缺资源，如果无限制地创建，不仅会消耗系统资源，而且难以控制。使用线程池可以进行统一的分配、调优和监控。

2. Java线程池的工作过程

Java线程池的工作过程相当于一个生产者消费者模型。"生产者"是产生任务的，"消费者"就是线程池中的线程，负责处理这些任务。这个过程可以分为以下几个步骤：

  1. 任务提交：调用者（即任务的生产者）通过调用线程池的execute()方法来提交需要异步处理的任务。这些任务不会立刻被执行，而是被保存起来，等待线程来处理。

  2. 任务接收和存储：线程池接收到新的任务后，首先判断池中的线程数量是否达到corePoolSize（核心线程数）。如果没有，那么线程池会创建一个新线程来处理提交的任务。如果已经达到，那么线程池会试图将任务存入内部的任务队列（workQueue）中，等待被空闲的线程处理。

  3. 任务处理：线程池中的线程会循环从任务队列中取任务来执行。当任务队列为空时，如果线程数量大于corePoolSize，那么非核心线程会在指定的keepAliveTime（保持活跃时间）后退出。如果线程数量不大于corePoolSize，那么线程会无限期等待新的任务。需要注意的是，如果设置了allowCoreThreadTimeOut（允许核心线程超时），那么核心线程在等待新任务时也会在keepAliveTime后退出。

  4. 任务队列满：如果任务队列已满且线程数量已经达到maximumPoolSize（最大线程数），那么线程池会根据设置的RejectedExecutionHandler（拒绝策略）来处理新提交的任务。比如，AbortPolicy会直接抛出异常，CallerRunsPolicy会让调用者线程自己处理任务。

  5. 任务完成：线程完成任务后，会回到线程池中，等待处理下一个任务。如果所有的任务都已经完成，那么线程池中的所有线程会等待新的任务。在没有新的任务提交时，非核心线程会在keepAliveTime后退出，核心线程（如果设置了allowCoreThreadTimeOut）也会在keepAliveTime后退出。

  6. 线程池关闭：调用者可以调用线程池的shutdown()或shutdownNow()方法来关闭线程池。shutdown()会让线程池进入关闭状态，但是线程池会继续处理所有已提交的任务，然后退出。shutdownNow()会试图停止所有正在执行的任务，并立即关闭线程池。

在Java线程池的工作过程中，除了上述的参数外，还有一个ThreadFactory（线程工厂）参数，用于自定义如何创建新的线程

，例如设置线程的名称、优先级等。

3. 简单案例

下面我将使用一个简单的Java例子来展示上述过程。

首先，我们创建一个具有特定参数的线程池：

import java.util.concurrent.*;

// 创建一个线程池，其中核心线程数和最大线程数都是2，保持活跃时间是60秒，任务队列使用LinkedBlockingQueue
ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(
    2, // corePoolSize: 核心线程数
    2, // maximumPoolSize: 最大线程数
    60, // keepAliveTime: 保持活跃时间
    TimeUnit.SECONDS, // 时间单位
    new LinkedBlockingQueue<Runnable>(5), // 任务队列
    Executors.defaultThreadFactory(), // 默认线程工厂
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 拒绝策略：直接抛出异常
);

然后，我们提交10个任务到线程池：

try {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        final int taskNumber = i;
        executorService.execute(() -> {
            System.out.println("开始处理任务: " + taskNumber);
            try {
                // 模拟处理任务需要2秒钟
                Thread.sleep(2000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("结束处理任务: " + taskNumber);
        });
    }
} catch (RejectedExecutionException e) {
    // 如果任务队列满了且线程数量达到maximumPoolSize，会触发RejectedExecutionException
    e.printStackTrace();
}

你会发现这个程序抛出了RejectedExecutionException异常，这是因为我们一共提交了10个任务，但是线程池的最大线程数加上任务队列的大小只能处理7个任务。所以，当我们试图提交第8个任务时，由于任务队列已满且线程数量已达到最大，线程池会根据设置的AbortPolicy拒绝策略抛出异常。

最后，我们需要记得在适当的时机关闭线程池：

executorService.shutdown();

需要注意的是，线程池并不会立刻关闭，它会先处理完已提交的任务。如果你想立刻关闭线程池，可以使用shutdownNow()方法，但是这可能会导致正在处理的任务被中断。

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