【Java 基础】Java 线程池

不念不忘少年蓝@ 2024-05-04 08:04 77阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

*   *   *  一、什么是线程池
         *  二、池化技术的特点
         *  三、线程池的用法
         *  四、ThreadPoolExecutor
         *   *  4.1、ThreadPoolExecutor 说明
             *  4.2、ThreadPoolExecutor 的参数
             *  4.3、ThreadPoolExecutor 的使用

#### 一、什么是线程池 ####

Java中的线程池是一种管理和复用线程的机制。它包含一个线程队列和一组可以执行任务的线程。通过使用线程池，可以避免频繁地创建和销毁线程，从而提高程序的性能和效率。

线程池的主要优点包括：

1.  降低资源消耗：线程的创建和销毁是一项开销较大的操作，使用线程池可以减少这种开销，通过复用线程来执行多个任务，从而降低了系统的资源消耗。
2.  提高响应速度：线程池中的线程可以立即执行任务，而不需要等待线程的创建和启动过程，从而提高了系统的响应速度。
3.  提高线程的可管理性：线程池可以对线程进行统一的管理，包括线程的创建、销毁、监控和调度等操作，从而提高了线程的可管理性。

Java中的线程池由 `java.util.concurrent.Executor` 接口定义，并由 `java.util.concurrent.Executors` 类提供了一些静态方法来创建不同类型的线程池。常用的线程池类型有：

1.  FixedThreadPool：固定大小的线程池，线程数固定不变，适用于执行长期的任务。
2.  CachedThreadPool：缓存线程池，线程数根据需要动态调整，适用于执行短期的任务。
3.  ScheduledThreadPool：定时任务线程池，可以定时执行任务。
4.  SingleThreadExecutor：单线程线程池，只有一个线程在执行任务，适用于需要按顺序执行任务的场景。

下面是一个使用线程池的示例：

在上面的示例中，我们使用 `Executors.newFixedThreadPool(5)` 方法创建了一个固定大小为5的线程池。然后，我们提交了10个任务给线程池执行，每个任务输出自己的任务编号和执行线程的名称。最后，我们调用 `executor.shutdown()` 方法关闭线程池。

通过使用线程池，我们可以看到任务是由线程池中的线程执行的，并且线程的数量是固定的，可以复用。这样可以提高程序的性能和效率，并且方便管理和控制线程的执行。

#### 二、池化技术的特点 ####

池化技术是一种资源管理的技术，它的特点包括：

1.  资源复用：池化技术通过预先创建一定数量的资源池，将资源存放在池中，当需要使用资源时，从池中获取，使用完毕后再放回池中，以供其他任务继续使用。这样可以避免频繁地创建和销毁资源，提高资源的利用率。
2.  资源管理：池化技术可以对资源进行统一的管理，包括创建、分配、回收和销毁等操作。通过对资源的管理，可以更好地控制资源的数量和使用情况，提高系统的稳定性和可管理性。
3.  提高性能：由于池化技术可以避免频繁地创建和销毁资源，减少了系统的开销，从而提高了系统的性能和响应速度。同时，通过复用资源，可以减少资源的竞争和争用，提高系统的并发能力。
4.  节约资源：池化技术可以根据需求动态调整资源的数量，避免了资源的浪费。当系统负载较高时，可以增加资源的数量以应对高并发的需求；当系统负载较低时，可以减少资源的数量以节约资源。
5.  提高可伸缩性：池化技术可以根据系统的需求动态调整资源的数量，从而提高系统的可伸缩性。当系统负载增加时，可以增加资源的数量以应对需求；当系统负载减少时，可以减少资源的数量以释放资源。

总的来说，池化技术通过资源的复用和统一管理，可以提高系统的性能、稳定性和可管理性，同时节约资源和提高系统的可伸缩性。在多种场景下，如线程池、连接池、对象池等，都可以应用池化技术来管理和复用资源。

#### 三、线程池的用法 ####

线程池是一种池化技术，用于管理和复用线程资源。它可以在应用程序启动时创建一定数量的线程，并将这些线程放入线程池中。当应用程序需要执行任务时，可以从线程池中获取一个空闲的线程来执行任务，任务执行完毕后，线程会被放回线程池中，以供其他任务继续使用。

线程池的用法一般包括以下几个步骤：

1.  创建线程池：通过调用线程池的构造函数或工厂方法，创建一个线程池对象。可以指定线程池的大小、任务队列的大小等参数。
2.  提交任务：将需要执行的任务提交给线程池。可以通过调用线程池的submit()或execute()方法来提交任务。任务可以是实现了Runnable接口或Callable接口的对象。
3.  线程执行任务：线程池会从池中获取一个空闲的线程来执行任务。如果线程池中没有空闲线程，任务会被放入任务队列中等待执行。
4.  任务执行完毕：任务执行完毕后，线程会被放回线程池中，以供其他任务继续使用。
5.  关闭线程池：当不再需要使用线程池时，可以调用线程池的shutdown()方法来关闭线程池。关闭线程池后，线程池将不再接受新的任务，但会等待已提交的任务执行完毕。

线程池的使用可以提高系统的性能和响应速度，避免频繁地创建和销毁线程，减少了系统的开销。同时，线程池还可以控制并发线程的数量，避免资源的竞争和争用，提高系统的稳定性和可管理性。因此，在开发多线程应用程序时，使用线程池是一种常见的做法。

#### 四、ThreadPoolExecutor ####

##### 4.1、ThreadPoolExecutor 说明 #####

ThreadPoolExecutor是Java中的一个线程池实现类，它是ExecutorService接口的一个具体实现。ThreadPoolExecutor提供了一个可配置的线程池，可以用来执行多个任务。

ThreadPoolExecutor的用法如下：

1.  创建ThreadPoolExecutor对象：可以通过ThreadPoolExecutor的构造函数来创建一个线程池对象。构造函数可以接受多个参数，包括核心线程数、最大线程数、线程空闲时间、任务队列等。
2.  提交任务：可以通过调用ThreadPoolExecutor的submit()方法来提交任务。submit()方法可以接受Runnable对象或Callable对象作为参数，用于表示需要执行的任务。
3.  线程执行任务：ThreadPoolExecutor会根据配置的核心线程数和最大线程数来创建并管理线程。当有任务提交时，线程池会从池中获取一个空闲的线程来执行任务。如果池中没有空闲线程，且当前线程数小于最大线程数，则会创建新的线程来执行任务。如果池中没有空闲线程，且当前线程数已达到最大线程数，则任务会被放入任务队列中等待执行。
4.  任务执行完毕：任务执行完毕后，线程会被放回线程池中，以供其他任务继续使用。
5.  关闭线程池：当不再需要使用线程池时，可以调用ThreadPoolExecutor的shutdown()方法来关闭线程池。关闭线程池后，线程池将不再接受新的任务，但会等待已提交的任务执行完毕。

ThreadPoolExecutor提供了丰富的配置选项，可以根据实际需求来调整线程池的大小、任务队列的大小、线程空闲时间等参数，以优化系统的性能和资源利用。在多线程编程中，合理使用ThreadPoolExecutor可以提高程序的并发性能和响应速度。

##### 4.2、ThreadPoolExecutor 的参数 #####

ThreadPoolExecutor的构造函数有多个参数，可以根据需要进行配置。以下是ThreadPoolExecutor的参数列表：

1.  corePoolSize（核心线程数）：指定线程池中的核心线程数量。核心线程会一直存活，即使没有任务需要执行。默认情况下，核心线程数为0。
2.  maximumPoolSize（最大线程数）：指定线程池中允许的最大线程数量。当任务数量超过核心线程数，并且任务队列已满时，线程池会创建新的线程来执行任务，直到线程数达到最大线程数。默认情况下，最大线程数为Integer.MAX\_VALUE。
3.  keepAliveTime（线程空闲时间）：指定非核心线程的空闲存活时间。当线程空闲时间超过keepAliveTime时，非核心线程会被终止并从线程池中移除。默认情况下，非核心线程的空闲时间为60秒。
4.  unit（时间单位）：指定keepAliveTime的时间单位，可以是TimeUnit.SECONDS、TimeUnit.MILLISECONDS等。
5.  workQueue（任务队列）：用于存放等待执行的任务的队列。ThreadPoolExecutor提供了多种类型的任务队列，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue等。
6.  threadFactory（线程工厂）：用于创建新的线程。可以通过实现ThreadFactory接口自定义线程的创建方式。
7.  handler（拒绝策略）：当线程池和任务队列都已满时，用于拒绝新的任务的处理策略。ThreadPoolExecutor提供了多种拒绝策略，如AbortPolicy（默认策略，直接抛出RejectedExecutionException异常）、CallerRunsPolicy（使用调用者线程来执行任务）、DiscardPolicy（直接丢弃任务）等。

通过合理配置这些参数，可以根据实际需求来调整线程池的大小、任务队列的大小、线程空闲时间等，以优化系统的性能和资源利用。

##### 4.3、ThreadPoolExecutor 的使用 #####

下面是一个使用ThreadPoolExecutor的简单示例：

import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    public class ThreadPoolExample {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // 创建一个线程池，其中包含2个核心线程和最多4个线程
            ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(4);
             // 提交任务给线程池执行
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                Runnable task = new Task(i);
                executor.execute(task);
            }
             // 关闭线程池
            executor.shutdown();
        }
        
        static class Task implements Runnable {
        
            private int taskId;
            
            public Task(int taskId) {
        
                this.taskId = taskId;
            }
            
            @Override
            public void run() {
        
                System.out.println("Task " + taskId + " is running on thread " + Thread.currentThread().getName());
                try {
        
                    // 模拟任务执行时间
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Task " + taskId + " is completed");
            }
        }
    }

在这个示例中，我们创建了一个固定大小的线程池，其中包含2个核心线程和最多4个线程。然后，我们提交了10个任务给线程池执行，每个任务都是一个Runnable对象。每个任务会打印出自己的任务ID和运行在哪个线程上，并模拟执行任务的时间。最后，我们关闭了线程池。

执行这个示例，会看到线程池会按照指定的核心线程数和最大线程数来创建线程，并按照任务的提交顺序来执行任务。当任务数量超过核心线程数时，多余的任务会被放入任务队列中等待执行。当任务队列已满时，如果线程池中的线程数还没有达到最大线程数，会创建新的线程来执行任务。当所有任务执行完毕后，线程池会关闭。

这只是一个简单的示例，实际使用中可以根据需求来配置线程池的参数，并根据任务的类型和执行特性来选择合适的线程池类型和拒绝策略。

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