Java线程池介绍及使用(这一篇就够了)

以你之姓@ 2024-03-27 04:27 60阅读 0赞

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**目录**

一、介绍

1. 简介

2. 分类(按线程池执行任务分类)

3. 架构设计

4. 优点

二、使用场景

1. 快速响应用户请求，响应速度优先

2. 单位时间处理更多请求，吞吐量优先

三、线程池参数

1. 七大核心参数

2. 参数如何配置

四、执行流程

1. 线程池执行流程图

2. 文字+图片描述

五、实际应用

1. 案例一

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## 一、介绍 ##

### 1. 简介 ###

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**。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。

### 2. 分类(按线程池执行任务分类) ###

**(1) cpu 密集型任务**

cpu 密集型任务，需要线程长时间进行的复杂的运算，这种类型的任务需要**少创建线程**，过多的线程将会频繁引起上文切换，**降低任务处理速度**。

**(2) io 密集型任务**

io 密集型任务，由于线程并不是一直在运行，可能大部分时间在等待 IO 读取/写入数据，**增加线程数量**可以提高并发度，**尽可能多处理任务**。

### 3. 架构设计 ###

![3abf94f9e103438bb4d2e7a7fb5101f1.png][]

**(1) Executor**

ThreadPoolExecutor实现的顶层接口是Executor，顶层接口Executor提供了一种思想：将任务提交和任务执行进行解耦。用户无需关注如何创建线程，如何调度线程来执行任务，用户只需提供Runnable对象，将任务的运行逻辑提交到执行器(Executor)中，由Executor框架完成线程的调配和任务的执行部分。

**(2) ExecutorService接口增加了一些能力**

a. 扩充执行任务的能力，补充可以为一个或一批异步任务生成Future的方法。

b. 提供了管控线程池的方法，比如停止线程池的运行。

**(3) AbstractExecutorService**

AbstractExecutorService则是上层的抽象类，将执行任务的流程串联了起来，保证下层的实现只需关注一个执行任务的方法即可。

**(4) ThreadPoolExecutor**

ThreadPoolExecutor实现最复杂的运行部分，ThreadPoolExecutor将会一方面维护自身的生命周期，另一方面同时管理线程和任务，使两者良好的结合从而执行并行任务。

### 4. 优点 ###

**(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开支。

**(2) 提高响应速度：**当任务到达时，任务可以不需要等待创建线程，直接使用线程池中创建好的线程。

**(3) 提高线程的可管理性：**线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅消耗系统资源还会降低稳定性。

**(4) 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。

> **注意：**线程池虽然好用，但是使用时一定要知道其线程池参数如何配置和使用，执行流程怎样的，详情见下文。

## 二、使用场景 ##

### 1. 快速响应用户请求，响应速度优先 ###

(1) 比如一个用户请求，需要通过 RPC 调用好几个服务去获取数据然后聚合返回，此场景就可以用线程池并行调用，响应时间取决于响应最慢的那个 RPC 接口的耗时。

(2) 某些批量操作，用户请求批量删除10个账号，希望能够快速得到响应，如果删除一个账号需要1秒，删除10个就需要10秒。如果你用了线程池异步执行，显然会很快得到响应结果。具体多快，取决于你服务器的性能和线程池的参数配置。

(3) 或者一个注册请求，注册完之后要发送短信、邮件通知，为了快速返回给用户，可以将该通知操作丢到线程池里异步去执行，然后直接返回客户端成功，提高用户体验。

> 这样的场景就建议不设置队列或设置短的队列去缓冲并发任务，调高corePoolSize和maxPoolSize去尽可能创造多的线程快速执行任务。

### 2. 单位时间处理更多请求，吞吐量优先 ###

比如接受 MQ 消息，然后去调用第三方接口查询数据，此场景并不追求快速响应，主要利用有限的资源在单位时间内尽可能多的处理任务，可以利用队列进行任务的缓冲

> 这类场景任务量巨大，并不需要瞬时的完成，而是关注如何使用有限的资源，尽可能在单位时间内处理更多的任务。所以应该设置队列去缓冲并发任务，调整合适的corePoolSize去设置处理任务的线程数。在这里，设置的线程数过多可能还会引发线程上下文切换频繁的问题，也会降低处理任务的速度，降低吞吐量。

## 三、线程池参数 ##

### 1. 七大核心参数 ###

**(1) corePoolSize：**线程池中常驻的核心线程数。

**(2) maximumPoolSize：**线程池能容纳的同时执行的最大线程数。

**(3) keepAliveeTim：**多余的(除核心线程外的其他线程)空闲线程的存活时间。

**(4) unit：**keepAliveTime的单位(ms、s...)

**(5) workQueue：**任务队列，已提交但是未执行的任务。

**(6) threadFactory：**生成线程池中线程的工厂。

**(7) handler：**拒绝策略，当前队列满了并且正在工作的线程等于最大线程数(maximumPoolSize)时如何处理任务。

### 2. 参数如何配置 ###

> 网上有很多计算公式，例如：CPU+1、CPU核数\*2。或者根据cpu密集型或io密集型，进行配置。但是这样真的合理吗？可以适用所有场景吗？答案肯定是不行的。那该如何配置呢？

**(1) 根据经验和实践配制出合理的参数。**

**(2) 根据监控服务线程池资源利用情况结合业务场景动态配制合理参数。**

> 有的兄弟可能觉得说了等于没说，我觉得你应该先知道线程池执行流程**(四、执行流程)**和各参数使用情况，需要结合服务器配置以及业务场景，动态调整线程池参数。你有什么比较好的线程池参数设置方式呢？欢迎评论留言！

## 四、执行流程 ##

### 1. 线程池执行流程图 ###

![f59dd2176ac944508a0ac7ea346cd2d5.png][]

### 2. 文字+图片描述 ###

咱也可以按照生活中的场景，讲一下这个线程池参数的使用和执行流程，方便兄弟们理解。

某某**公司分部(threadFactory)**为客户办理业务，一共有**4个柜员(maximumPoolSize)**，不忙的时段就分配**2个柜员(corePoolSize)**办理业务，剩余**2人休息**。摆了**4个椅子(workQueue)**，供客户进行等待。并且这个公司给员工定了个规定，就是当**工作区的柜员都在工作，并且等待区的座位都做满时**，那么处于休息区的柜员要出来帮忙。直到**所有柜员都在工作，等待区也坐满了。**那为了我们公司员工身体的考虑，暂时**拒绝任何人来办理业务(handler)**，如果有某个员工**空闲**下来并且**超过了10(keepAliveTime)分钟(unit)**，那就可以回到**休息区**休息，但是必须**保证有2个柜员在工作区。**

**(1) 两个柜员为两位顾客办理业务**

![3ec4eab12dbe41098f050db821336e9e.png][]

**(2) 给客户1，2办理过程中，陆续来客户把坐位坐满了。这时客户7来了~**

![e8acb7985c6f4d0099816321c6d570a3.png][]

**(3)** **柜员3出来帮忙，至于柜员3给新来的客户办理业务还是给等待区的客户办理业务，那得取决于选择什么队列。这时候客户8来了~**

![badf02e419f64066bd905e508cf29a58.png][]

**(4)** **由于柜员1，2，3，4都在办理业务，并且等待区都坐满了，那么就关门拒绝给客户办理业务。**

![952e332ddf494776ad988fd6d0225a88.png][]

**(5)** **客户1，2业务办理结束，继续办理等待区客户的业务。**

![0ba73de8d44c412695948e6168fd1eb6.png][]

**(6)** **继续办理等待区客户业务，但是柜员4等了10分钟都没有客户要办理业务，于是他就去休息区休息了。**

![5fb32226d7b34fd8a4b1e1d0d3476cea.png][]

**(7)** **当所有客户的业务都办理完毕，工作区还需要留下两个人。**

![342b8a194d0e42e393babaf8a59e7933.png][]

> 根据上面的图例，我们发现客户9被拒绝后走掉了。那就说明我们人员或者设置的座位大小不正确。如果你是这个公司的总裁，在这个公司分部**怎样设置你觉的最合理呢**？欢迎补充。
> 
> 1. 分部店面**(服务器)**大小合适，节约成本。
> 
> 2. 柜员**(线程池中工作线程)**尽量处于工作状态，但是不能累坏(我就是柜员\[微笑\])。
> 
> 3. 座位**(队列)**尽量都坐满。
> 
> 4. 不要让任何客户被拒之门外。

## 五、实际应用 ##

> 说之前，先来说说Java提供的三种创建线程池的工具(注意：自己做Demo可用，**做项目咱不用**)
> 
> 1. Executors.newScheduledThreadPool();
> 
> 2. Executors.newWorkStealingPool();
> 
> 3. Executors.newFixedThreadPool();
> 
> 阿里编码规约曾说：
> 
> **【强制】**线程池不允许使用Executors去创建, 而是通过ThreadPoolExecutor的方式, 这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则, 规避资源耗尽的风险。
> 
> 说明：Executors返回的线程池对象的弊端如下：
> 
> 1）FixedThreadPool和SingleThreadPool：允许的请求队列长度为Integer.MAX\_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而**导致OOM**。
> 
> 2）CachedThreadPool：允许的创建线程数量为Integer.MAX\_VALUE，可能会创建大量的线程，从而**导致OOM**。
> 
> 3）ScheduledThreadPool：允许的请求队列长度为Integer.MAX\_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而**导致OOM**。
> 
> 我的天这要是上线了，搞不好年终奖与你擦肩而过。

### 1. 案例一 ###

**(1) 场景**

接下来就是编码时间，就简单介绍下**ThreadPoolExecutor**在代码中的使用。

**(2) 代码：[git地址][git]**

**a. application.yml**

# 线程池
    task:
      threadPool:
        # 核心线程
        corePoolSize: 4
        # 最大线程
        maximumPoolSize: 8
        # 等待工作的超时时间 (秒)
        keepAliveTime: 60
        # 队列长度
        cacheQueueLen: 20

**b. ThreadPool**

import lombok.Setter;
    import org.slf4j.Logger;
    import org.slf4j.LoggerFactory;
    import org.springframework.boot.context.properties.ConfigurationProperties;
    import org.springframework.stereotype.Component;
    
    import javax.annotation.PostConstruct;
    import javax.annotation.PreDestroy;
    import java.util.concurrent.*;
    
    /**
     * 线程池
     * 注解: @ConfigurationProperties和@Setter一起使用, 否则成员变量无法赋值
     *
     * @author wxy
     * @date 2023-02-12
     */
    @Component
    @Setter
    @ConfigurationProperties(prefix = "thread.pool")
    public class ThreadPool {
        private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(ThreadPool.class);
    
        private ExecutorService executorService;
    
        private int queueCapacity;
    
        private int corePoolSize;
    
        private int maximumPoolSize;
    
        private int keepAliveTime;
    
        /**
         * 初始化线程池
         * 调用时间: SpringBoot项目启动自动调用
         */
        @PostConstruct
        public void init() {
            LOGGER.info("thread pool init start");
            if (corePoolSize <= 0
                    || maximumPoolSize < corePoolSize
                    || keepAliveTime <= 0) {
                // 强烈建议增加参数校验, 如果不加有些jdk版本可能会有问题
                throw new IllegalArgumentException();
            }
    
            executorService = new ThreadPoolExecutor(
                    corePoolSize, maximumPoolSize,
                    keepAliveTime, TimeUnit.SECONDS,
                    new ArrayBlockingQueue<>(queueCapacity),
                    Executors.defaultThreadFactory(),
                    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
            );
            LOGGER.info("thread pool init end");
        }
    
        /**
         * 获取线程池
         *
         * @return ThreadPool Executor
         */
        public ExecutorService getThreadPoolExecutor() {
            return this.executorService;
        }
    
        /**
         * 关闭线程池
         * 调用时间: SpringBoot项目结束自动调用
         */
        @PreDestroy
        public void destroy() {
            executorService.shutdown();
    
            LOGGER.info("thread pool destroy success");
        }
    }

**参考文章：**

1. [Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践][Java] (推荐观看)

[Mr.]: https://blog.csdn.net/qq_45871274/article/details/129162237?spm=1001.2014.3001.5502
[3abf94f9e103438bb4d2e7a7fb5101f1.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/2c40e74add974f7697e54cbc3a2bcb12.png
[f59dd2176ac944508a0ac7ea346cd2d5.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/10efe19999624b7d932208ee3bb5bd84.png
[3ec4eab12dbe41098f050db821336e9e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/c47cc7336c134cdc8aec5121d366c92d.png
[e8acb7985c6f4d0099816321c6d570a3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/3891ebb99b1445ddb9569b543f4981fa.png
[badf02e419f64066bd905e508cf29a58.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/4bc0e31ddb04477180ba19458b13e70c.png
[952e332ddf494776ad988fd6d0225a88.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/00d8fbe5868c4306a29f382e33a85019.png
[0ba73de8d44c412695948e6168fd1eb6.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/27/8de497e7330b41c59637bb9ae94868d3.png
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[git]: https://gitee.com/xy_wang/this-project/blob/develop/common/src/main/java/com/wxy/common/component/ThreadPool.java
[Java]: https://tech.meituan.com/2020/04/02/java-pooling-pratice-in-meituan.html