使用 ThreadPoolExecutor 管理线程池

使用 ThreadPoolExecutor 管理线程池

在多线程编程中，线程池是一个关键的工具，可以有效地管理线程的生命周期，提高程序的性能和资源利用率。Java提供了一个强大的线程池实现，称为 ThreadPoolExecutor。

1. 引入ThreadPoolExecutor

ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
    corePoolSize,          // 核心线程数
    maximumPoolSize,       // 最大线程数
    keepAliveTime,         // 线程空闲时间
    timeUnit,              // 时间单位
    workQueue,             // 工作队列
    threadFactory,         // 线程工厂
    rejectionPolicy        // 拒绝策略
);

2. 参数解释

a. corePoolSize (核心线程数)

• 核心线程数定义了线程池中保持活动状态的最少线程数量。
• 当提交一个任务时，线程池会创建一个线程来处理任务，即使此时线程池中已经存在空闲的线程。
• 如果线程池中的线程数小于 corePoolSize，即使其他线程都是空闲的，ThreadPoolExecutor 也会优先创建新的线程来处理任务。

b. maximumPoolSize (最大线程数)

• 最大线程数定义了线程池中允许的最大线程数量。
• 如果工作队列已满且活动线程数小于 maximumPoolSize，线程池会创建新线程来处理任务。

c. keepAliveTime (线程空闲时间)

• 当线程数超过 corePoolSize，空闲线程的最大存活时间。
• 超过这个时间，空闲线程会被终止，直到线程数量回到 corePoolSize。

d. timeUnit (时间单位)

• 用于指定 keepAliveTime 的单位，可以是秒、毫秒等。

e. workQueue (工作队列)

• 任务的排队队列，用于暂时存放等待执行的任务。
• 可以是 LinkedBlockingQueue（无界队列）或 ArrayBlockingQueue（有界队列）等。
• 以下是一些常用的工作队列：

1. LinkedBlockingQueue（链表阻塞队列）：

   • LinkedBlockingQueue 是一个基于链表实现的无界队列，可以无限制地增加元素。
   • 它的容量理论上可以是无限大的，适用于任务量比较大的场景。

   BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
   

2. ArrayBlockingQueue（数组阻塞队列）：

   • ArrayBlockingQueue 是一个基于数组实现的有界队列，必须指定队列的容量。
   • 当队列已满时，会拒绝新的任务。

   BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(capacity);
   

3. SynchronousQueue（同步队列）：

   • SynchronousQueue 是一个没有存储元素的队列，每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作。
   • 适用于直接将任务交给线程执行，而不需要缓冲任务的场景。

   BlockingQueue<Runnable> workQueue = new SynchronousQueue<>();
   

4. PriorityBlockingQueue（优先级队列）：

   • PriorityBlockingQueue 是一个无界的优先级队列，可以根据元素的优先级顺序进行处理。
   • 需要任务实现 Comparable 接口或者传入自定义的 Comparator。

   BlockingQueue<Runnable> workQueue = new PriorityBlockingQueue<>();
   

5. DelayQueue（延迟队列）：

   • DelayQueue 是一个无界的队列，用于存放实现了 Delayed 接口的元素。
   • 元素只有在其指定的延迟时间到了才能从队列中取出。

   BlockingQueue<Runnable> workQueue = new DelayQueue<>();
   

6. LinkedTransferQueue（链表传输队列）：

   • LinkedTransferQueue 是一个无界队列，可以在生产者和消费者之间传输元素。
   • 可以通过 tryTransfer 方法尝试直接将元素传输给消费者，如果不成功则添加到队列中。

   BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedTransferQueue<>();
   

7. LinkedBlockingDeque（链表双向阻塞队列）：

   • LinkedBlockingDeque 是一个基于链表实现的无界双向队列，可以在队头和队尾插入、移除元素。

   BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingDeque<>();
   

8. 自定义工作队列：

   • 你也可以实现自己的工作队列，只需要实现 BlockingQueue 接口。

总的来说，选择工作队列的类型取决于你的具体需求和场景。不同的队列类型在不同的场景下有着不同的优劣势，需要根据实际情况来选择。

f. threadFactory (线程工厂)

• 用于创建新线程的工厂，可以自定义线程的名字、优先级等。

g. rejectionPolicy (拒绝策略)

• 当工作队列和线程池都满了，如何处理新提交的任务。有几种策略可选：
  • ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：直接抛出异常。
  • ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用者所在的线程执行任务。
  • ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：直接丢弃任务。
  • ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃最老的任务。

3. 使用示例

import java.util.concurrent.*;

public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        int corePoolSize = 5;
        int maximumPoolSize = 10;
        long keepAliveTime = 60L;
        TimeUnit timeUnit = TimeUnit.SECONDS;
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<>(100);
        ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();
        RejectedExecutionHandler rejectionPolicy = new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy();

        ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
                corePoolSize,
                maximumPoolSize,
                keepAliveTime,
                timeUnit,
                workQueue,
                threadFactory,
                rejectionPolicy
        );

        // 提交任务给线程池
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            executor.execute(new Task(i));
        }

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }

    static class Task implements Runnable {
        private final int taskId;

        public Task(int taskId) {
            this.taskId = taskId;
        }

        @Override
        public void run() {
            System.out.println("Task " + taskId + " is running.");
        }
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个 ThreadPoolExecutor，配置了各种参数，然后提交了20个任务给线程池执行。

protected ExecutorService executorService= new ThreadPoolExecutor(
            10,
            15,
            30,
            TimeUnit.SECONDS,
            new ArrayBlockingQueue<>(1024),
            r -> {
                Thread t = new Thread(r);
                t.setName("SAVE_D_STORAGE");
                t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY + 2); // 增加优先级
                return t;
            },
            new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

4. 应用场景

ThreadPoolExecutor 适用于需要在后台执行异步任务的场景，比如：

• Web 服务器处理请求时，可以使用线程池来处理每个请求，提高并发处理能力。
• 后台任务的批量处理，比如数据同步、清理等。
• 提升程序性能，避免频繁创建和销毁线程的开销。

结语

ThreadPoolExecutor 是 Java 多线程编程中非常重要的工具，能够高效地管理线程的生命周期，提高程序性能和资源利用率。合理配置线程池参数，选择适当的拒绝策略，是保证系统稳定性和性能的关键。