Java中的线程池（附有代码示例）

目录

一、Java线程池介绍

二、几种常见的线程池

2.1 FixedThreadPool

2.2 CachedThreadPool

2.3 ScheduledThreadPool

2.4 SingleThreadPool

2.5 WorkStealingPool

三、线程池的运用场景

3.1 FixedThreadPool（固定大小线程池）

3.2 CachedThreadPool（缓存线程池）

3.3 ScheduledThreadPool（定时任务线程池）

3.4 SingleThreadPool（单线程线程池）

3.5 WorkStealingPool（工作窃取线程池）

四、线程池创建时的核心参数

4.1 corePoolSize（核心线程数）

4.2 maximumPoolSize（最大线程数）

4.3 keepAliveTime（线程空闲时间）

4.4 unit（线程空闲时间单位）

4.5 workQueue（工作队列）

4.6 threadFactory（线程工厂）

4.7 handler（拒绝策略）

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一、Java线程池介绍

在Java中，线程池是一种管理和复用线程的机制，用于提高多线程应用程序的性能和资源利用率。线程池在执行任务时，可以避免频繁地创建和销毁线程，从而减少了系统开销，并且能够更有效地利用系统资源。Java中线程池的主要作用包括以下方面：

① 线程的复用：线程池会预先创建一定数量的线程，并将它们保存在池中。当有任务需要执行时，线程池会分配一个空闲的线程来执行任务，执行完毕后线程不会销毁，而是重新放入线程池中，等待下一个任务的到来。这种线程的复用避免了频繁地创建和销毁线程，提高了线程的利用率。

② 资源管理：线程池可以限制并发线程的数量，避免系统因为线程过多而导致资源耗尽或性能下降的问题。通过配置线程池的核心参数，可以控制线程数量的上限、空闲线程的存活时间等，从而更好地管理系统资源。

③ 任务调度：线程池可以用于执行各种类型的任务，包括周期性任务、延迟任务、定时任务等。通过使用不同类型的线程池和调度策略，可以灵活地调度任务的执行时间和执行方式，满足不同场景下的需求。

Java中线程池的实现主要依赖于java.util.concurrent包下的Executor接口及其子接口ExecutorService，以及ThreadPoolExecutor等具体实现类。开发人员可以通过这些接口和类来创建和管理线程池，并通过配置不同的参数来满足不同的需求。

二、几种常见的线程池

2.1 FixedThreadPool

FixedThreadPool（固定大小线程池）：该线程池会一直保持在核心线程数的数量不变，即使有空闲线程。当有新任务提交时，如果所有核心线程都在执行任务，新任务会被放入队列中等待。这种线程池适用于负载较重的服务器。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class FixedThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个固定大小为3的线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.execute(() -> {
                System.out.println("Task " + taskId + " is executing by " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(2000); // 模拟任务执行时间
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Task " + taskId + " completed.");
            });
        }
        executor.shutdown();
    }
}

2.2 CachedThreadPool

CachedThreadPool（缓存线程池）：该线程池会根据需要自动创建新线程，但在一定的时间范围内会重用之前创建的线程。如果线程长时间空闲，它会被回收，从而减少系统资源的占用。适用于执行大量短期异步任务的情况。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class CachedThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个可缓存线程池
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.execute(() -> {
                System.out.println("Task " + taskId + " is executing by " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(2000); // 模拟任务执行时间
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Task " + taskId + " completed.");
            });
        }
        executor.shutdown();
    }
}

2.3 ScheduledThreadPool

ScheduledThreadPool（定时任务线程池）：该线程池可用于执行定时任务和周期性任务。它可以指定核心线程数，当任务执行时间超过线程池核心线程数时，会创建新线程来处理。

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ScheduledThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个定时任务线程池
        ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(3);
        executor.scheduleAtFixedRate(() -> {
            System.out.println("Task executing by " + Thread.currentThread().getName());
        }, 0, 3, TimeUnit.SECONDS); // 初始延迟0秒，每3秒执行一次任务
    }
}

2.4 SingleThreadPool

SingleThreadPool（单线程线程池）：该线程池只有一个核心线程，所有任务按照指定顺序执行，即保证了任务的顺序性。如果该线程异常结束，会重新创建一个新的线程来替代。适用于需要顺序执行任务且保证线程安全的情况。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class SingleThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个单线程线程池
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.execute(() -> {
                System.out.println("Task " + taskId + " is executing by " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(2000); // 模拟任务执行时间
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Task " + taskId + " completed.");
            });
        }
        executor.shutdown();
    }
}

2.5 WorkStealingPool

WorkStealingPool（工作窃取线程池）：Java 8引入了这种新型线程池，它的核心思想是让空闲的线程从其他任务队列中窃取任务来执行，以提高线程利用率。这种线程池适用于处理大量耗时较长的任务。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class WorkStealingPoolExample {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 获取当前系统的处理器数量作为线程池大小
        int processors = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
        // 创建工作窃取线程池
        ExecutorService executor = Executors.newWorkStealingPool(processors);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.execute(() -> {
                System.out.println("Task " + taskId + " is executing by " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(2000); // 模拟任务执行时间
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Task " + taskId + " completed.");
            });
        }
        executor.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS);
        executor.shutdown();
    }
}

三、线程池的运用场景

3.1 FixedThreadPool（固定大小线程池）

• 运用场景：适用于需要控制并发线程数量的场景，如服务器端的并发处理任务。比如，处理客户端请求的 Web 服务器，通常会预先分配一定数量的线程用于处理请求，以避免过多的线程导致资源竞争或资源耗尽。
• 优势：固定大小线程池可以保证同时执行的线程数量是有限的，避免了因为线程数量过多而导致的资源竞争和系统资源的浪费。

3.2 CachedThreadPool（缓存线程池）

• 运用场景：适用于需要处理大量短期异步任务的场景，任务执行时间短且任务数量不确定的情况。比如，处理用户请求的 Web 服务器，用户的请求可能会随时增加或减少，使用缓存线程池可以根据需求动态调整线程数量，避免了创建过多的线程而浪费系统资源。
• 优势：能够根据需求动态调整线程池的大小，灵活性较高，适应性强。

3.3 ScheduledThreadPool（定时任务线程池）

• 运用场景：适用于需要执行定时任务或周期性任务的场景。比如，定时数据备份、定时任务调度等。此外，也适用于需要同时处理多个延迟任务的情况。
• 优势：能够按照预定的时间间隔或延迟执行任务，方便管理和调度。

3.4 SingleThreadPool（单线程线程池）

• 运用场景：适用于需要保证任务的顺序执行和线程安全的场景。比如，文件操作、数据库操作等需要顺序执行的任务。
• 优势：保证任务按顺序执行，避免了多线程情况下可能出现的竞争和同步问题。

3.5 WorkStealingPool（工作窃取线程池）

• 运用场景：适用于需要处理大量耗时较长的任务的情况，任务之间可能存在依赖关系，需要充分利用系统资源来提高并行度和性能。
• 优势：能够动态地在多个任务队列之间进行工作窃取，提高了线程的利用率，同时能够更好地利用多核处理器的并行计算能力。

四、线程池创建时的核心参数

4.1 corePoolSize（核心线程数）

• 含义：线程池中保持活跃的核心线程数量，即使这些线程当前没有执行任务。
• 默认值：通常情况下，线程池在没有接收到任务时不会创建任何线程。但是，如果你希望线程池在创建时就立即创建一定数量的线程，则可以设置该参数，使得线程池在空闲时也能保持一定数量的核心线程。

4.2 maximumPoolSize（最大线程数）

• 含义：线程池允许创建的最大线程数。
• 默认值：通常情况下，线程池在达到核心线程数后，如果继续有新的任务提交，它会创建新的线程来执行任务，直到线程数量达到最大线程数。超过最大线程数的任务会被拒绝执行。

4.3 keepAliveTime（线程空闲时间）

• 含义：当线程池中的线程数量超过核心线程数时，多余的空闲线程在终止之前等待新任务的最长时间。
• 默认值：默认情况下，只有当线程池中的线程数量超过核心线程数时，才会考虑终止空闲线程。该参数指定了空闲线程的最长等待时间。超过这个时间后，多余的空闲线程将被终止，直到线程数量不超过核心线程数。

4.4 unit（线程空闲时间单位）

• 含义：线程空闲时间的单位，通常与keepAliveTime一起使用。
• 默认值：常见的单位包括TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.SECONDS（秒）等。

4.5 workQueue（工作队列）

• 含义：用于保存等待执行的任务的阻塞队列。
• 默认值：Java提供了多种实现，如LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue等。具体选择哪种队列取决于你的需求和场景。一般情况下，如果任务频繁产生而执行较慢时，推荐使用无界队列；如果任务产生的速度大于处理的速度，可以考虑使用有界队列，以避免无限制的任务增长。

4.6 threadFactory（线程工厂）

• 含义：用于创建新线程的工厂类。
• 默认值：如果不显式指定线程工厂，线程池会使用默认的线程工厂来创建线程。你可以通过实现ThreadFactory接口来自定义线程创建的过程，比如设置线程的名称、优先级等信息。

4.7 handler（拒绝策略）

• 含义：当工作队列已满且无法继续接收新任务时，线程池会采取的策略。
• 默认值：Java提供了多种拒绝策略，如AbortPolicy（默认策略，直接抛出RejectedExecutionException异常）、CallerRunsPolicy（由提交任务的线程执行被拒绝的任务）、DiscardPolicy（直接丢弃被拒绝的任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃工作队列中最老的任务，然后尝试重新提交被拒绝的任务）等。你也可以实现RejectedExecutionHandler接口来定义自己的拒绝策略。