高并发编程之ThreadPool 线程池

浅浅的花香味﹌ 2024-03-30 09:10 111阅读 0赞

## **10 ThreadPool 线程池** ##

### **10.1 线程池简介** ###

线程池（英语：thread pool）：一种线程使用模式。线程过多会带来调度开销，

进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理

者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代

价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。

例子： 10 年前单核 CPU 电脑，假的多线程，像马戏团小丑玩多个球，CPU 需

要来回切换。 现在是多核电脑，多个线程各自跑在独立的 CPU 上，不用切换

效率高。

##### **线程池的优势：** #####

线程池做的工作只要是控制运行的线程数量，处理过程中将任

务放入队列，然后在线程创建后启动这些任务，如果线程数量超过了最大数量，

超出数量的线程排队等候，等其他线程执行完毕，再从队列中取出任务来执行。

##### **它的主要特点为：** #####

• 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销耗。

• 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。

• 提高线程的可管理性: 线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会销耗系统资

源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。

• **Java** **中的线程池是通过** **Executor** **框架实现的，该框架中用到了** **Executor** **，** **Executors** **，**

**ExecutorService，ThreadPoolExecutor 这几个类**

![60e63e6b6fe83a906489172623761d7e.png][]

### **10.2 线程池参数说明** ###

本次介绍 5 种类型的线程池

#### **10.2.1 常用参数(重点)** ####

• corePoolSize 线程池的核心线程数

• maximumPoolSize 能容纳的最大线程数

• keepAliveTime 空闲线程存活时间

• unit 存活的时间单位

• workQueue 存放提交但未执行任务的队列

• threadFactory 创建线程的工厂类

• handler 等待队列满后的拒绝策略

线程池中，有三个重要的参数，决定影响了拒绝策略：corePoolSize - 核心线

程数，也即最小的线程数。workQueue - 阻塞队列 。 maximumPoolSize -

最大线程数

当提交任务数大于 corePoolSize 的时候，会优先将任务放到 workQueue 阻

塞队列中。当阻塞队列饱和后，会扩充线程池中线程数，直到达到maximumPoolSize 最大线程数配置。此时，再多余的任务，则会触发线程池

的拒绝策略了。

总结起来，也就是一句话，**当提交的任务数大于（workQueue.size() +**

**maximumPoolSize ），就会触发线程池的拒绝策略**。

#### **10.2.2 拒绝策略(重点)** ####

**CallerRunsPolicy**: 当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话，则使用调用

线程直接运行任务。一般并发比较小，性能要求不高，不允许失败。但是，由

于调用者自己运行任务，如果任务提交速度过快，可能导致程序阻塞，性能效

率上必然的损失较大

**AbortPolicy**: 丢弃任务，并抛出拒绝执行 RejectedExecutionException 异常

信息。线程池默认的拒绝策略。必须处理好抛出的异常，否则会打断当前的执

行流程，影响后续的任务执行。

**DiscardPolicy**: 直接丢弃，其他啥都没有

**DiscardOldestPolicy**: 当触发拒绝策略，只要线程池没有关闭的话，丢弃阻塞

队列 workQueue 中最老的一个任务，并将新任务加入

### **10.3 线程池的种类与创建** ###

#### **10.3.1 newCachedThreadPool(常用)** ####

##### **作用**： #####

创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空

闲线程，若无可回收，则新建线程.

##### **特点**: #####

• 线程池中数量没有固定，可达到最大值（Interger. MAX\_VALUE）

• 线程池中的线程可进行缓存重复利用和回收（回收默认时间为 1 分钟）

• 当线程池中，没有可用线程，会重新创建一个线程

##### **创建方式：** #####

/**
         * 可缓存线程池
         * @return
         */
        public static ExecutorService newCachedThreadPool(){
    /**
     * corePoolSize 线程池的核心线程数
     * maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
     * keepAliveTime 空闲线程存活时间
     * unit 存活的时间单位
     * workQueue 存放提交但未执行任务的队列
     * threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
     * handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
     */
            return new ThreadPoolExecutor(0,
                    Integer.MAX_VALUE,
                    60L,
                    TimeUnit.SECONDS,
                    new SynchronousQueue<>(),
                    Executors.defaultThreadFactory(),
                    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        }

##### **场景:** #####

\*\*\*\*适用于创建一个可无限扩大的线程池，服务器负载压力较轻，执行时间较

短，任务多的场景

#### **10.3.2 newFixedThreadPool(常用)** ####

##### **作用**： #####

创建一个可重用固定线程数的线程池，以共享的无界队列方式来运行这

些线程。在任意点，在大多数线程会处于处理任务的活动状态。如果在所有线

程处于活动状态时提交附加任务，则在有可用线程之前，附加任务将在队列中

等待。如果在关闭前的执行期间由于失败而导致任何线程终止，那么一个新线

程将代替它执行后续的任务（如果需要）。在某个线程被显式地关闭之前，池

中的线程将一直存在。**特征：**

• 线程池中的线程处于一定的量，可以很好的控制线程的并发量

• 线程可以重复被使用，在显示关闭之前，都将一直存在

• 超出一定量的线程被提交时候需在队列中等待

##### **创建方式**： #####

/**
         * 固定长度线程池
         * @return
         */
        public static ExecutorService newFixedThreadPool(){
    /**
     * corePoolSize 线程池的核心线程数
     * maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
     * keepAliveTime 空闲线程存活时间
     * unit 存活的时间单位
     * workQueue 存放提交但未执行任务的队列
     * threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
     * handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
     */
            return new ThreadPoolExecutor(10,
                    10,
                    0L,
                    TimeUnit.SECONDS,
                    new LinkedBlockingQueue<>(),
                    Executors.defaultThreadFactory(),
                    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        }

##### **场景:** #####

适用于可以预测线程数量的业务中，或者服务器负载较重，对线程数有严

格限制的场景

#### **10.3.3 newSingleThreadExecutor(常用)** ####

##### **作用**： #####

创建一个使用单个 worker 线程的 Executor，以无界队列方式来运行该

线程。（注意，如果因为在关闭前的执行期间出现失败而终止了此单个线程，

那么如果需要，一个新线程将代替它执行后续的任务）。可保证顺序地执行各

个任务，并且在任意给定的时间不会有多个线程是活动的。与其他等效的

newFixedThreadPool 不同，可保证无需重新配置此方法所返回的执行程序即

可使用其他的线程。

##### **特征：** #####

线程池中最多执行 1 个线程，之后提交的线程活动将会排在队列中以此

执行

##### **创建方式：** #####

/**
         * 单一线程池
         * @return
         */
        public static ExecutorService newSingleThreadExecutor(){
    /**
     * corePoolSize 线程池的核心线程数
     * maximumPoolSize 能容纳的最大线程数
     * keepAliveTime 空闲线程存活时间
     * unit 存活的时间单位
     * workQueue 存放提交但未执行任务的队列
     * threadFactory 创建线程的工厂类:可以省略
     * handler 等待队列满后的拒绝策略:可以省略
     */
            return new ThreadPoolExecutor(1,
                    1,
                    0L,
                    TimeUnit.SECONDS,
                    new LinkedBlockingQueue<>(),
                    Executors.defaultThreadFactory(),
                    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
        }

##### **场景:** #####

适用于需要保证顺序执行各个任务，并且在任意时间点，不会同时有多个

线程的场景

#### **10.3.4 newScheduleThreadPool(了解)** ####

##### **作用:** #####

线程池支持定时以及周期性执行任务，创建一个 corePoolSize 为传入参

数，最大线程数为整形的最大数的线程池\*\*

##### **特征:** #####

（1）线程池中具有指定数量的线程，即便是空线程也将保留

（2）可定时或者延迟执行线程活动

##### **创建方式:** #####

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int
                                                                              corePoolSize,
                                                                      ThreadFactory threadFactory) {
            return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize,
                    threadFactory);
        }

##### **场景:** #####

适用于需要多个后台线程执行周期任务的场景

#### **10.3.5 newWorkStealingPool** ####

jdk1.8 提供的线程池，底层使用的是 ForkJoinPool 实现，创建一个拥有多个

任务队列的线程池，可以减少连接数，创建当前可用 cpu 核数的线程来并行执

行任务

##### **创建方式:** #####

public static ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism) {
    /**
     * parallelism：并行级别，通常默认为 JVM 可用的处理器个数
     * factory：用于创建 ForkJoinPool 中使用的线程。
     * handler：用于处理工作线程未处理的异常，默认为 null
     * asyncMode：用于控制 WorkQueue 的工作模式:队列---反队列
     */
            return new ForkJoinPool(parallelism,
                    ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,
                    null,

##### **场景:** #####

适用于大耗时，可并行执行的场景

### **10.4 线程池入门案例** ###

##### **场景: 火车站 3 个售票口, 10 个用户买票** #####

package com.xingchen.pool;
    
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    /**
     * @author xing'chen
     */ //演示线程池三种常用分类
    public class ThreadPoolDemo1 {
        public static void main(String[] args) {
            //一池五线程
            ExecutorService threadPool1 = Executors.newFixedThreadPool(5); //5个窗口
    
            //一池一线程
            ExecutorService threadPool2 = Executors.newSingleThreadExecutor(); //一个窗口
    
            //一池可扩容线程
            ExecutorService threadPool3 = Executors.newCachedThreadPool();
            //10个顾客请求
            try {
                for (int i = 1; i <=10; i++) {
                    //执行
                    threadPool3.execute(()->{
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 办理业务");
                    });
                }
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                //关闭
                threadPool3.shutdown();
            }
    
        }
    
    }

### **10.5 线程池底层工作原理(重要)** ###

![90437c1c8fa940f51000e63ca7d048ec.png][]

1.  在创建了线程池后，线程池中的线程数为零
2.  当调用 execute()方法添加一个请求任务时，线程池会做出如下判断： 2.1 如  
    果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；  
    2.2 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入  
    队列； 2.3 如果这个时候队列满了且正在运行的线程数量还小于  
    maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务； 2.4 如  
    果队列满了且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程  
    池会启动饱和拒绝策略来执行。
3.  当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行
4.  当一个线程无事可做超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程会判断：  
    4.1 如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。 4.2  
    所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。
5.  ![e4a37dc7abb04d1dbead1bdec32e7afc.png][]

### 10.6 注意事项(重要) ###

1.  项目中创建多线程时，使用常见的三种线程池创建方式，单一、可变、定长都  
    有一定问题，原因是 FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor 底层都是用  
    LinkedBlockingQueue 实现的，这个队列最大长度为 Integer.MAX\_VALUE，  
    容易导致 OOM。所以实际生产一般自己通过 ThreadPoolExecutor 的 7 个参  
    数，自定义线程池
2.  创建线程池推荐适用 ThreadPoolExecutor 及其 7 个参数手动创建  
    o corePoolSize 线程池的核心线程数  
    o maximumPoolSize 能容纳的最大线程数  
    o keepAliveTime 空闲线程存活时间  
    o unit 存活的时间单位  
    o workQueue 存放提交但未执行任务的队列  
    o threadFactory 创建线程的工厂类  
    o handler 等待队列满后的拒绝策略
3.  为什么不允许适用不允许 Executors.的方式手动创建线程池,如下图

![4e80947cffdcdef79619d6c1473bd268.png][]

[60e63e6b6fe83a906489172623761d7e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/dd0b55aed1d74a05a74918827ca94051.png
[90437c1c8fa940f51000e63ca7d048ec.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/2c8c3835c03f45e1853887d0c85833e4.png
[e4a37dc7abb04d1dbead1bdec32e7afc.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/464945299499489e81dfeaaef8066fdc.png
[4e80947cffdcdef79619d6c1473bd268.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/30/e6a711ffb372457693ff78a0ab954f5f.png