線程池架構(gòu) 

線程池是一種線程管理的機(jī)制，用于維護(hù)和復(fù)用線程，以減少線程創(chuàng)建和銷毀的開銷。

在Java中，線程池的頂級(jí)接口是Executor，而真正的線程池接口是ExecutorService。以下是一些重要的類和接口：

• ExecutorService：真正的線程池接口，提供了執(zhí)行、管理和控制任務(wù)的方法。

• ScheduledExecutorService：繼承自ExecutorService，能夠解決那些需要任務(wù)重復(fù)執(zhí)行的問題，支持定時(shí)和周期性任務(wù)執(zhí)行。

• ThreadPoolExecutor：ExecutorService的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)，提供了豐富的配置選項(xiàng)，如核心線程數(shù)、最大線程數(shù)、工作隊(duì)列類型等。

• ScheduledThreadPoolExecutor：繼承自ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口實(shí)現(xiàn)，用于周期性任務(wù)調(diào)度。

要配置一個(gè)線程池是比較復(fù)雜的，尤其是對(duì)于線程池的原理不是很清楚的情況下，很有可能配置的線程池不是較優(yōu)的，因此在Executors類里面提供了一些靜態(tài)工廠，生成一些常用的線程池。

在Java中，可以通過Executors工廠類提供四種常見類型的線程池：

• newCachedThreadPool：創(chuàng)建一個(gè)可緩存線程池，適用于執(zhí)行大量短期異步任務(wù)的場(chǎng)景，線程數(shù)量不受限制，可以靈活回收空閑線程。

• newFixedThreadPool：創(chuàng)建一個(gè)固定大小的線程池，適用于控制最大并發(fā)數(shù)的場(chǎng)景，超出的任務(wù)會(huì)在隊(duì)列中等待。

• newScheduledThreadPool：創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)線程池，用于支持定時(shí)及周期性任務(wù)執(zhí)行的場(chǎng)景。

• newSingleThreadExecutor：創(chuàng)建一個(gè)單線程化的線程池，用于保證所有任務(wù)按照指定順序執(zhí)行的場(chǎng)景，只會(huì)使用唯一的工作線程來執(zhí)行任務(wù)。

通過選擇合適的線程池類型，并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行配置，可以有效管理和優(yōu)化多線程任務(wù)的執(zhí)行。

newSingleThreadExecutor

newSingleThreadExecutor 是 Executors 工廠類提供的一種線程池，它創(chuàng)建的是單線程化的線程池。具體來說，newSingleThreadExecutor 只會(huì)使用單個(gè)工作線程來執(zhí)行任務(wù)，保證所有任務(wù)按照指定順序（如 FIFO、LIFO、優(yōu)先級(jí)）依次執(zhí)行。

這種線程池適用于以下場(chǎng)景：

1. 順序執(zhí)行：需要按照特定順序執(zhí)行任務(wù)，避免并發(fā)引起的競(jìng)爭(zhēng)條件或數(shù)據(jù)一致性問題。

2. 確保任務(wù)不被并發(fā)執(zhí)行：有些任務(wù)可能不支持并發(fā)執(zhí)行，此時(shí)可以使用單線程化的線程池來保證任務(wù)的順序執(zhí)行。

3. 上下文切換開銷較大的任務(wù)：對(duì)于一些上下文切換開銷較大的任務(wù)，如果采用并發(fā)執(zhí)行可能帶來額外的開銷，可以選擇單線程化的線程池來避免這種情況。

在單線程化的線程池中，任務(wù)會(huì)按照提交的順序依次執(zhí)行，不會(huì)存在并發(fā)執(zhí)行的情況。如果某個(gè)任務(wù)由于異常結(jié)束，后續(xù)的任務(wù)會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，不會(huì)受到影響。

以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的 Java 代碼示例，演示了如何使用 newSingleThreadExecutor 創(chuàng)建單線程化的線程池，并提交任務(wù)執(zhí)行：

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

public class main {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個(gè)單線程化的線程池
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

        // 提交多個(gè)任務(wù)給線程池執(zhí)行
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.submit(() -> {
                System.out.println("任務(wù) " + taskId + " 正在線程上運(yùn)行： " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 模擬任務(wù)執(zhí)行
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt(); // 保持中斷狀態(tài)
                }
            });
        }

        // 關(guān)閉線程池
        executor.shutdown();
    }
}

在上面的示例中，我們首先通過 Executors.newSingleThreadExecutor() 方法創(chuàng)建了一個(gè)單線程化的線程池。然后，使用 executor.submit() 方法向線程池提交了5個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都會(huì)打印當(dāng)前線程名并模擬執(zhí)行一段時(shí)間。最后，通過 executor.shutdown() 關(guān)閉了線程池。 

需要注意的是，雖然該線程池只使用單個(gè)工作線程來執(zhí)行任務(wù)，但仍然可以通過 ExecutorService 提供的方法提交多個(gè)任務(wù)，這些任務(wù)會(huì)按照提交的順序被放入隊(duì)列，并由單個(gè)工作線程逐個(gè)執(zhí)行。

總之，SingleThreadExecutor 用于串行執(zhí)行任務(wù)的場(chǎng)景，每個(gè)任務(wù)必須按順序執(zhí)行，不需要并發(fā)執(zhí)行。

newFixedThreadPool

newFixedThreadPool 是 Executors 工廠類提供的一種固定大小的線程池，它創(chuàng)建的線程池具有固定數(shù)量的工作線程。具體來說，newFixedThreadPool 創(chuàng)建的線程池會(huì)維護(hù)一個(gè)固定數(shù)量的工作線程，當(dāng)有任務(wù)提交時(shí)，會(huì)使用其中一個(gè)工作線程來執(zhí)行任務(wù)。

這種線程池適用于以下場(chǎng)景：

• 控制最大并發(fā)數(shù)：需要限制并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量，以防止系統(tǒng)資源被過度占用。

• 資源限制：對(duì)于一些資源受限的場(chǎng)景，如數(shù)據(jù)庫(kù)連接池、網(wǎng)絡(luò)連接池等，可以使用固定大小的線程池來控制資源的分配和利用。

• 預(yù)測(cè)性能需求：在已知任務(wù)量和性能需求的情況下，可以根據(jù)需求預(yù)先配置固定數(shù)量的工作線程，以保證系統(tǒng)在高負(fù)載時(shí)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。

在固定大小的線程池中，線程的數(shù)量是固定的，不會(huì)根據(jù)任務(wù)的增加或減少而自動(dòng)調(diào)整。如果所有工作線程都正在執(zhí)行任務(wù)，并且有新任務(wù)提交時(shí)，新任務(wù)會(huì)被放入隊(duì)列中等待，直到有工作線程空閑出來才會(huì)被執(zhí)行。

以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的 Java 代碼示例，演示了如何使用 newFixedThreadPool 創(chuàng)建固定大小的線程池，并提交任務(wù)執(zhí)行：

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

public class main {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個(gè)固定大小為3的線程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);

        // 提交多個(gè)任務(wù)給線程池執(zhí)行
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.submit(() -> {
                System.out.println("任務(wù) " + taskId + " 正在線程上運(yùn)行: " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 模擬任務(wù)執(zhí)行
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt(); // 保持中斷狀態(tài)
                }
            });
        }

        // 關(guān)閉線程池
        executor.shutdown();
    }
}

在上面的示例中，我們通過 Executors.newFixedThreadPool(3) 方法創(chuàng)建了一個(gè)固定大小為3的線程池。然后，使用 executor.submit() 方法向線程池提交了5個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都會(huì)打印當(dāng)前線程名并模擬執(zhí)行一段時(shí)間。最后，通過 executor.shutdown() 關(guān)閉了線程池。

當(dāng)你運(yùn)行這段代碼時(shí)，你會(huì)看到雖然提交了5個(gè)任務(wù)，但是只有3個(gè)任務(wù)會(huì)同時(shí)在不同的工作線程中執(zhí)行，因?yàn)榫€程池的大小被限制為3。剩余的任務(wù)會(huì)在有線程空閑時(shí)依次執(zhí)行。

需要注意的是，在使用固定大小的線程池時(shí)，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)資源和運(yùn)行環(huán)境合理地配置線程數(shù)量，避免資源浪費(fèi)或不足的情況發(fā)生。

總之，FixedThreadPool 用于負(fù)載比較重的服務(wù)器，為了資源的合理利用，需要限制當(dāng)前線程數(shù)量。

newCachedThreadPool

newCachedThreadPool 是 Executors 工廠類提供的一種可緩存線程池，它創(chuàng)建的線程池會(huì)根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)整線程數(shù)量。具體來說，當(dāng)有新任務(wù)提交時(shí)，如果當(dāng)前有空閑線程，則會(huì)立即使用空閑線程執(zhí)行任務(wù)；如果沒有空閑線程，則會(huì)創(chuàng)建新的線程來處理任務(wù)。而對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間閑置未被使用的線程，它們會(huì)在一定的空閑時(shí)間后被回收，從而使得線程池的大小能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整。

這種線程池適用于以下場(chǎng)景：

• 處理大量短時(shí)耗任務(wù)：適用于有大量短時(shí)耗的任務(wù)需要處理的情況，例如網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求響應(yīng)、小數(shù)據(jù)處理等。

• 并發(fā)需求不確定：當(dāng)并發(fā)需求不確定，且系統(tǒng)資源充足時(shí)，可以使用可緩存線程池來動(dòng)態(tài)調(diào)整線程數(shù)量，以適應(yīng)不同負(fù)載情況。

• 短期高并發(fā)：對(duì)于突發(fā)性的高并發(fā)情況，可緩存線程池能夠快速創(chuàng)建新線程來應(yīng)對(duì)，從而保證任務(wù)的及時(shí)處理。

以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的 Java 代碼示例，演示了如何使用 newCachedThreadPool 創(chuàng)建可緩存線程池，并提交任務(wù)執(zhí)行：

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

public class main {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個(gè)可緩存線程池
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();

        // 提交多個(gè)任務(wù)給線程池執(zhí)行
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.submit(() -> {
                System.out.println("任務(wù) " + taskId + "正在線程上運(yùn)行： " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 模擬任務(wù)執(zhí)行
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt(); // 保持中斷狀態(tài)
                }
            });
        }

        // 關(guān)閉線程池
        executor.shutdown();
    }
}

在上面的示例中，我們通過 Executors.newCachedThreadPool() 方法創(chuàng)建了一個(gè)可緩存線程池。然后，使用 executor.submit() 方法向線程池提交了5個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都會(huì)打印當(dāng)前線程名并模擬執(zhí)行一段時(shí)間。最后，通過 executor.shutdown() 關(guān)閉了線程池。

當(dāng)你運(yùn)行這段代碼時(shí)，你會(huì)看到所有5個(gè)任務(wù)都會(huì)立即在不同的工作線程中執(zhí)行，因?yàn)榭删彺婢€程池會(huì)根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整線程數(shù)量。這種機(jī)制能夠很好地適應(yīng)不同負(fù)載情況下的任務(wù)處理需求。

需要注意的是，由于可緩存線程池的特性是動(dòng)態(tài)調(diào)整線程數(shù)量，因此在任務(wù)提交過多導(dǎo)致線程數(shù)激增時(shí)，需要謹(jǐn)慎控制以避免資源耗盡的情況發(fā)生。

總之，CachedThreadPool 用于并發(fā)執(zhí)行大量短期的小任務(wù)，或者是負(fù)載較輕的服務(wù)器。

newScheduledThreadPool

newScheduledThreadPool 是 Executors 工廠類提供的一種創(chuàng)建定時(shí)任務(wù)的線程池。它創(chuàng)建的線程池可以執(zhí)行延遲任務(wù)和周期性任務(wù)，它會(huì)在給定的延遲時(shí)間后執(zhí)行任務(wù)，或者定期執(zhí)行任務(wù)。這種線程池適用于需要執(zhí)行定時(shí)任務(wù)或者周期性任務(wù)的場(chǎng)景。

具體來說，newScheduledThreadPool 創(chuàng)建的線程池有以下特點(diǎn)：

• 支持延遲任務(wù)執(zhí)行：可以使用 schedule() 方法提交一個(gè)任務(wù)，并指定延遲時(shí)間，線程池會(huì)在延遲時(shí)間過去后執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。
• 支持周期性任務(wù)執(zhí)行：可以使用 scheduleAtFixedRate() 或者 scheduleWithFixedDelay() 方法提交一個(gè)任務(wù)，并指定初始延遲時(shí)間和執(zhí)行間隔，線程池會(huì)按照指定的間隔周期性執(zhí)行任務(wù)。
• 靈活控制：可以通過 ScheduledExecutorService 提供的方法對(duì)定時(shí)任務(wù)進(jìn)行取消、查詢等操作，非常靈活方便。

在實(shí)際應(yīng)用中，newScheduledThreadPool 可以用于定時(shí)數(shù)據(jù)同步、定時(shí)任務(wù)觸發(fā)、定時(shí)器等場(chǎng)景，能夠很好地滿足對(duì)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間有特定要求的需求。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的 Java 代碼示例，演示了如何使用 newScheduledThreadPool 創(chuàng)建定時(shí)任務(wù)的線程池，并提交延遲任務(wù)和周期性任務(wù)：

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

public class main {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)任務(wù)線程池
        ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(1);

        // 提交延遲任務(wù)
        executor.schedule(() -> System.out.println("延遲的任務(wù)"), 2, TimeUnit.SECONDS);

        // 提交周期性任務(wù)
        executor.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println("周期性任務(wù)"), 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

        // 等待一段時(shí)間后關(guān)閉線程池
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        executor.shutdown();
    }
}

在上面的示例中，我們通過 Executors.newScheduledThreadPool(1) 方法創(chuàng)建了一個(gè)定時(shí)任務(wù)線程池。然后，使用 schedule() 方法提交了一個(gè)延遲任務(wù)，在2秒后執(zhí)行；同時(shí)使用 scheduleAtFixedRate() 方法提交了一個(gè)周期性任務(wù)，每隔1秒執(zhí)行一次。最后，我們等待一段時(shí)間后關(guān)閉了線程池。

當(dāng)你運(yùn)行這段代碼時(shí)，你會(huì)看到延遲任務(wù)和周期性任務(wù)會(huì)按照預(yù)定的時(shí)間被執(zhí)行。這展示了 newScheduledThreadPool 的定時(shí)任務(wù)執(zhí)行能力。

總之，ScheduledThreadPoolExecutor 用于需要多個(gè)后臺(tái)線程執(zhí)行周期任務(wù)，同時(shí)需要限制線程數(shù)量的場(chǎng)景。

Executors和ThreaPoolExecutor創(chuàng)建線程池的區(qū)別

在 Java 中，確實(shí)存在著 Executors 工廠類的幾種創(chuàng)建線程池的方法存在一些缺陷，讓我們來具體分析一下。

1、newFixedThreadPool 和 newSingleThreadExecutor：

這兩種方法都使用了無界的 LinkedBlockingQueue 作為工作隊(duì)列，在任務(wù)提交速度持續(xù)大于任務(wù)處理速度的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致隊(duì)列中累積大量的任務(wù)，從而消耗大量?jī)?nèi)存。如果任務(wù)量非常大或者任務(wù)執(zhí)行時(shí)間非常長(zhǎng)，那么這種設(shè)計(jì)就會(huì)面臨 OutOfMemoryError （簡(jiǎn)稱：OOM）的風(fēng)險(xiǎn)。

2、newCachedThreadPool 和 newScheduledThreadPool：

這兩種方法在某些情況下可能會(huì)創(chuàng)建大量的線程，因?yàn)樗鼈兊淖畲缶€程數(shù)是 Integer.MAX_VALUE。如果系統(tǒng)負(fù)載突然增加，那么就可能創(chuàng)建非常多的線程，從而消耗大量系統(tǒng)資源，甚至導(dǎo)致 OutOfMemoryError（簡(jiǎn)稱：OOM）。

而相較之下，使用 ThreadPoolExecutor 構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建線程池可以更好地控制線程池的行為，避免上述問題。通過 ThreadPoolExecutor 的構(gòu)造函數(shù)，可以顯式地指定核心線程數(shù)、最大線程數(shù)、工作隊(duì)列類型、拒絕策略等參數(shù)，從而更精細(xì)地控制線程池的行為。

因此，在開發(fā)中，建議根據(jù)具體需求和系統(tǒng)負(fù)載情況，選擇合適的線程池創(chuàng)建方法，并結(jié)合 ThreadPoolExecutor 來進(jìn)行更為細(xì)致的參數(shù)配置，以避免潛在的問題。

兩種提交任務(wù)的方法

ExecutorService 提供了兩種提交任務(wù)的方法：

1、execute(Runnable command)：

這個(gè)方法用于提交不需要返回值的任務(wù)。它接受一個(gè) Runnable 對(duì)象作為參數(shù)，表示要執(zhí)行的任務(wù)，但并不關(guān)心任務(wù)的返回結(jié)果。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
executor.execute(new RunnableTask());

2、submit(Callable<T> task)：

這個(gè)方法用于提交需要返回值的任務(wù)。它接受一個(gè) Callable 對(duì)象作為參數(shù)，表示要執(zhí)行的任務(wù)，并返回一個(gè) Future 對(duì)象，通過它可以獲取任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
Future<String> future = executor.submit(new CallableTask());
String result = future.get(); // 獲取任務(wù)執(zhí)行結(jié)果

通過這兩種方法，可以靈活地提交不同類型的任務(wù)，并根據(jù)需要獲取它們的執(zhí)行結(jié)果。execute 方法適用于 fire-and-forget 的場(chǎng)景，而 submit 方法則更適合需要獲取任務(wù)執(zhí)行結(jié)果的情況。

以下是使用 ExecutorService 提供的 execute 和 submit 方法的示例代碼：

import java.util.concurrent.*;

public class main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 創(chuàng)建一個(gè)固定大小為 3 的線程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);

        // 提交第一個(gè)任務(wù)
        Future<Integer> future1 = executor.submit(() -> {
            System.out.println("任務(wù)1正在運(yùn)行");
            return 42;
        });

        // 提交第二個(gè)任務(wù)，并依賴于第一個(gè)任務(wù)的結(jié)果
        Future<Integer> future2 = executor.submit(() -> {
            int result = future1.get(); // 等待第一個(gè)任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果
            System.out.println("任務(wù)2正在根據(jù)任務(wù)1的結(jié)果運(yùn)行： " + result);
            return result * 2;
        });

        // 提交第三個(gè)任務(wù)，并依賴于第二個(gè)任務(wù)的結(jié)果
        executor.execute(() -> {
            try {
                int result = future2.get(); // 等待第二個(gè)任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果
                System.out.println("任務(wù)3正在根據(jù)任務(wù)2的結(jié)果運(yùn)行：" + result);
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        // 關(guān)閉線程池
        executor.shutdown();
    }
}

在這個(gè)示例中，我們使用submit方法提交了第一個(gè)和第二個(gè)任務(wù)，并使用execute方法提交了第三個(gè)任務(wù)。第二個(gè)任務(wù)依賴于第一個(gè)任務(wù)的結(jié)果，而第三個(gè)任務(wù)則依賴于第二個(gè)任務(wù)的結(jié)果。通過這種方式，我們展示了如何在復(fù)雜情況下使用ExecutorService的execute和submit方法來提交具有相互依賴關(guān)系的任務(wù)。

到此這篇關(guān)于Java實(shí)現(xiàn)Executors類創(chuàng)建常見線程池的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java Executors創(chuàng)建線程池內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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