线程池概述

1.1 线程池概念

 
        在处理大量并发任务的时候，如果按照传统的方式，来一个任务请求，创建一个线程来进行任务的处理，大量线程的创建和销毁，将消耗过多的系统资源，还增加了线程上下文（运行环境）切换的开销，而通过线程池技术就可以很好地解决这些问题。

        线程池技术通过在系统中预先创建一定数量的线程，当任务请求到来时从线程池中分配一个预先创建的线程去处理任务，线程在处理完任务之后并不会销毁，而是把线程归还到线程池中，继续为后续的任务提供服务。

1.2 线程池的特点

1、线程复用：线程池会在内部维护一定数量的线程，并在需要时重复使用这些线程来执行任务，避免频繁地创建和销毁线程，从而提高性能和效率。

2、控制并发性：对于多核处理器，由于多线程被分配到多个处理器中，提高并行处理的效率。线程池可以控制并发执行的线程数量，通过设定线程池的大小来限制系统中同时执行的线程数量，避免资源的过度占用和线程竞争导致的性能下降。

3、任务排队：当线程池中的线程已经全部被占用时，新提交的任务会被放入一个任务队列中进行排队等待执行。排队机制可以根据具体线程池的实现，选择不同的队列类型，如有界队列或无界队列。

4、提高任务的响应速度，当任务到达时，不需要等待线程创建就能立即执行任务。

5、提供线程管理和监控：线程池提供了易于管理和监控线程的方式，可以设置线程的属性、监控线程的状态、统计任务执行情况等。

6、避免资源的过度消耗：线程池可以通过限制线程数量和排队机制来避免过度消耗资源。当系统负载过高时，线程池可以根据配置策略进行线程数量的自动调整，以保持系统的稳定性和性能。

7、提高任务执行的灵活性：线程池可以接受不同类型的任务，并对这些任务进行执行调度。它提供了一系列提交任务的方法，如execute()、submit()，同时还支持定时执行和周期性执行任务的能力。

1.3 按应用场景分类

1. 缓存线程池（Cached Thread Pool）

特点：

• 缓存线程池可以动态地创建和回收线程。
• 线程数量几乎没有限制（实际上受限于系统资源和JVM的限制，如Integer.MAX_VALUE）。
• 线程在空闲一段时间（默认为60秒）后会被自动回收。
• 适用于执行大量短期的异步任务。

使用场景：

• 处理大量的用户请求，如Web服务器处理用户请求。
• 执行大量的文件读写操作。
• 适用于任务到达时间不规律且执行时间较短的场景。

2. 固定线程池（Fixed Thread Pool）

特点：

• 线程池中的线程数量是固定的。
• 线程会一直存在，直到线程池被关闭。
• 适用于负载相对稳定的场景。

使用场景：

• 执行长期的任务，如数据库连接池中的连接管理。
• 在任务负载稳定且对资源要求相对固定的情况下使用，可以确保系统资源的有效利用。
• 当任务需要按顺序执行时，固定线程池能够确保任务按照提交顺序被处理。

3. 定时线程池（Scheduled Thread Pool）

特点：

• 支持定时或周期性任务执行。
• 线程数量可以配置，但通常用于调度任务而非处理大量并发任务。

使用场景：

• 需要周期性执行的I/O密集型任务，如定期备份数据、定时获取外部数据等。
• 适用于需要精确控制任务执行时间的场景。

4. 单线程化线程池（Single Thread Executor）

特点：

• 线程池中只有一个线程。
• 适用于需要顺序执行任务的场景。

使用场景：

• 不适合做并发处理，但可以用于保证任务按照指定顺序（FIFO）执行。
• 适用于可能引起I/O阻塞及影响UI线程响应的操作，如数据库操作、文件操作等，但需注意控制任务数量以避免长时间阻塞单一线程。

5. 工作窃取线程池（Work Stealing Thread Pool）

虽然工作窃取线程池在标准Java线程池框架中不是直接提供的，但它是并行计算中常用的一种线程池策略。

特点：

• 线程之间可以相互窃取任务以平衡负载。
• 适用于将任务拆分成多个子任务并行处理的场景。

使用场景：

• 复杂的排序、图像处理、递归算法等计算密集型任务。
• 高效利用多核CPU资源，提高计算性能。

1.4 线程池模式

半同步/半异步模式又称为生产者消费者模式，是比较常见的实现方式，比较简单。分为同步层、队列层、异步层三层。同步层的主线程处理工作任务并存入工作队列，工作线程从同步队列取出任务进行处理，如果工作队列为空，则取不到任务的工作线程进入挂起状态。由于线程间有数据通信，因此不适用于大数据量交换的场合。