ThreadPoolExecutor是Java concurrent中用于管理線程池的類，它是Executor框架的一個實現(xiàn)。線程池是一種提高應(yīng)用程序性能和可靠性的技術(shù)，它將多個任務(wù)分配給多個線程執(zhí)行，從而實現(xiàn)并發(fā)處理。

ThreadPoolExecutor提供了一種靈活的方式來管理線程池，可以控制線程池的大小、阻塞隊列的大小、線程池的狀態(tài)、線程的創(chuàng)建和銷毀等。

使用ThreadPoolExecutor可以幫助我們避免線程創(chuàng)建和銷毀的開銷，提高應(yīng)用程序的性能和可伸縮性。

具體來說，它有以下這些優(yōu)點：

• 復(fù)用線程：線程池可以重用已經(jīng)創(chuàng)建的線程，避免了線程創(chuàng)建和銷毀的開銷。
• 控制線程數(shù)量：線程池可以控制線程的數(shù)量，避免了線程數(shù)量過多或過少的問題。
• 提高響應(yīng)速度：線程池可以提高應(yīng)用程序的響應(yīng)速度，因為線程可以立即執(zhí)行任務(wù)，而不需要等待線程創(chuàng)建和啟動。
• 提高可伸縮性：線程池可以提高應(yīng)用程序的可伸縮性，因為它可以自動調(diào)整線程的數(shù)量，以適應(yīng)不同的工作負(fù)載。
• 提高可靠性：線程池可以提高應(yīng)用程序的可靠性，因為它可以避免線程崩潰或死鎖的問題，從而保證應(yīng)用程序的穩(wěn)定性。

總之，ThreadPoolExecutor在多線程開發(fā)中是繞不開的一個類，用的好它可以顯著提升代碼的性能，用不好就有可能代理一些其他的問題，比如我曾經(jīng)見過因錯誤設(shè)置阻塞隊列大小，導(dǎo)致嚴(yán)重的業(yè)務(wù)故障。

這也是阿里巴巴Java開發(fā)手冊中不允許用Executors去創(chuàng)建線程池的原因。

如何使用

接下來，我們通過一個完整的代碼示例來看下ThreadPoolExecutor具體如何使用：

import java.util.concurrent.*;

public class ThreadPoolExecutorExample {

    public static void main(String[] args) {
        int corePoolSize = 2;
        int maximumPoolSize = 4;
        long keepAliveTime = 10;
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(2);
        ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();
        RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy();

        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
                corePoolSize,
                maximumPoolSize,
                keepAliveTime,
                unit,
                workQueue,
                threadFactory,
                handler
        );

        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            executor.execute(new Task(i));
        }

        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.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(5000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("Task #" + taskId + " is completed on " + Thread.currentThread().getName());
        }
    }
}

上面代碼也很簡單，就是構(gòu)造了一個線程，讓其多線程打印一些信息。從上面代碼來看，它構(gòu)造方法一共有7個參數(shù)，其中keepAliveTime和timeUnit其實是搭配使用的。

我們來看下具體每個參數(shù)的含義和作用：

• corePoolSize：線程池的核心線程數(shù)。當(dāng)有新的任務(wù)提交到線程池時，如果當(dāng)前線程池中的線程數(shù)小于corePoolSize，那么線程池會創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行任務(wù)。如果當(dāng)前線程池中的線程數(shù)大于或等于corePoolSize，那么線程池會將任務(wù)添加到阻塞隊列中等待執(zhí)行。默認(rèn)值為1。
• maximumPoolSize：線程池的最大線程數(shù)。如果阻塞隊列已滿，且當(dāng)前線程池中的線程數(shù)小于maximumPoolSize，那么線程池會創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行任務(wù)。如果當(dāng)前線程池中的線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到maximumPoolSize，那么線程池會根據(jù)拒絕策略來處理新的任務(wù)。默認(rèn)值為Integer.MAX_VALUE。
• keepAliveTime和timeUnit：線程的空閑時間。當(dāng)線程池中的線程數(shù)大于corePoolSize時，如果一個線程在keepAliveTime后沒有執(zhí)行任何任務(wù)，那么該線程將被終止。默認(rèn)值為0，表示線程池中的所有線程都是長期存活的。
• workQueue：阻塞隊列。當(dāng)線程池中的線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到corePoolSize時，新的任務(wù)將被添加到阻塞隊列中等待執(zhí)行。ThreadPoolExecutor提供了多種類型的阻塞隊列，包括SynchronousQueue、LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue等。默認(rèn)值為LinkedBlockingQueue。
• threadFactory：線程工廠。用于創(chuàng)建新的線程。如果沒有指定線程工廠，ThreadPoolExecutor將使用默認(rèn)的線程工廠來創(chuàng)建線程。默認(rèn)值為DefaultThreadFactory。
• handler：拒絕策略。當(dāng)阻塞隊列已滿，且當(dāng)前線程池中的線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到maximumPoolSize時，ThreadPoolExecutor會根據(jù)指定的拒絕策略來處理新的任務(wù)。ThreadPoolExecutor提供了多種拒絕策略，包括AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardOldestPolicy和DiscardPolicy等。默認(rèn)值為AbortPolicy。

在不同的應(yīng)用場景下，我們可能需要調(diào)整這些參數(shù)，以提高應(yīng)用程序的性能和可伸縮性。

例如，可以通過增加corePoolSize和maximumPoolSize來提高線程池的并發(fā)能力，或者通過增加阻塞隊列的大小來提高線程池的緩沖能力。同時，也可以通過指定不同的拒絕策略來處理新的任務(wù)，以避免任務(wù)丟失或應(yīng)用程序崩潰的問題。

線程池狀態(tài)

ThreadPoolExecutor在實際使用中有四種狀態(tài)，分別是RUNNING、SHUTDOWN、STOP和TERMINATED。

• RUNNING：線程池正在運行。在這個狀態(tài)下，線程池可以接受新的任務(wù)，并且會將任務(wù)添加到阻塞隊列中等待執(zhí)行，或者直接創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行任務(wù)。
• SHUTDOWN： 線程池正在關(guān)閉。在這個狀態(tài)下，線程池不會接受新的任務(wù)，但會將阻塞隊列中的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行完畢。如果有新的任務(wù)提交到線程池，那么線程池會拒絕這些任務(wù)并拋出RejectedExecutionException異常。
• STOP： 線程池已經(jīng)停止。在這個狀態(tài)下，線程池不會接受新的任務(wù)，并且會中斷正在執(zhí)行的任務(wù)。如果有新的任務(wù)提交到線程池，那么線程池會拒絕這些任務(wù)并拋出RejectedExecutionException異常。
• TERMINATED： 線程池已經(jīng)終止。在這個狀態(tài)下，線程池中的所有任務(wù)都已經(jīng)執(zhí)行完畢，并且所有的線程都已經(jīng)被銷毀。如果需要重新使用線程池，那么需要重新創(chuàng)建一個新的線程池。

通過合理地控制線程池的狀態(tài)，可以避免任務(wù)丟失或線程池崩潰的問題，并且可以提高應(yīng)用程序的性能和可靠性。

例如，在應(yīng)用程序關(guān)閉時，可以先將線程池的狀態(tài)設(shè)置為SHUTDOWN，等待線程池中的所有任務(wù)執(zhí)行完畢后再將狀態(tài)設(shè)置為STOP，最終將線程池狀態(tài)設(shè)置為TERMINATED，以確保線程池中的所有任務(wù)都能夠得到執(zhí)行。

線程池執(zhí)行任務(wù)的過程

ThreadPoolExecutor如何執(zhí)行任務(wù)涉及到任務(wù)的提交、執(zhí)行、取消和完成等多個方面。

• 任務(wù)的提交：可以通過execute()方法將任務(wù)提交到線程池中，execute()方法會將任務(wù)添加到阻塞隊列中等待執(zhí)行。也可以通過submit()方法將任務(wù)提交到線程池中，submit()方法會返回一個Future對象，可以用于獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。
• 任務(wù)的執(zhí)行：線程池會從阻塞隊列中取出任務(wù)，并將任務(wù)分配給空閑的線程執(zhí)行。如果當(dāng)前線程池中的線程數(shù)小于corePoolSize，那么線程池會創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行任務(wù)。如果當(dāng)前線程池中的線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到corePoolSize，那么線程池會將任務(wù)添加到阻塞隊列中等待執(zhí)行。如果阻塞隊列已滿，且當(dāng)前線程池中的線程數(shù)小于maximumPoolSize，那么線程池會創(chuàng)建新的線程來執(zhí)行任務(wù)。如果當(dāng)前線程池中的線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到maximumPoolSize，那么線程池會根據(jù)拒絕策略來處理新的任務(wù)。
• 任務(wù)的取消：可以通過cancel()方法將任務(wù)從阻塞隊列中移除，如果任務(wù)還沒有開始執(zhí)行，那么任務(wù)將被取消。如果任務(wù)已經(jīng)在執(zhí)行，那么可以通過interrupt()方法中斷任務(wù)的執(zhí)行。
• 任務(wù)的完成：可以通過Future對象來獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果，也可以通過isDone()方法來判斷任務(wù)是否已經(jīng)執(zhí)行完畢。當(dāng)任務(wù)執(zhí)行完畢后，線程池會將任務(wù)從阻塞隊列中移除，并將線程返回到線程池中等待下一個任務(wù)的執(zhí)行。

通過合理地控制任務(wù)的提交、執(zhí)行、取消和完成等方面的內(nèi)容，可以提高線程池的性能和可靠性，避免任務(wù)丟失或線程池崩潰的問題。

例如，在提交任務(wù)時，可以根據(jù)任務(wù)的類型和優(yōu)先級來選擇合適的阻塞隊列，以確保任務(wù)能夠得到及時執(zhí)行。在取消任務(wù)時，可以先使用isCancelled()方法來判斷任務(wù)是否已經(jīng)被取消，以避免重復(fù)取消任務(wù)的問題。

在獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果時，可以使用get()方法來等待任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果，或者使用get(timeout, unit)方法來設(shè)置超時時間，以避免任務(wù)執(zhí)行時間過長導(dǎo)致線程池阻塞的問題。

阻塞隊列

ThreadPoolExecutor提供了多種類型的阻塞隊列，用于存儲等待執(zhí)行的任務(wù)。不同類型的阻塞隊列有不同的特點和適用場景。

接下來介紹ThreadPoolExecutor的三種常用阻塞隊列：

• SynchronousQueue：同步隊列。SynchronousQueue是一個沒有容量的阻塞隊列，它的作用是將任務(wù)直接交給線程來執(zhí)行，而不是先將任務(wù)存儲在隊列中等待執(zhí)行。如果當(dāng)前沒有空閑的線程來執(zhí)行任務(wù)，那么SynchronousQueue會阻塞任務(wù)的提交，直到有線程空閑為止。SynchronousQueue適用于任務(wù)執(zhí)行時間短、任務(wù)量大的場景，可以避免任務(wù)在隊列中等待的時間，提高線程池的響應(yīng)速度。
• LinkedBlockingQueue：鏈表阻塞隊列。LinkedBlockingQueue是一個有容量的阻塞隊列，它的作用是將任務(wù)存儲在隊列中等待執(zhí)行。如果隊列已滿，那么新的任務(wù)將被阻塞，直到隊列中有空閑位置為止。LinkedBlockingQueue適用于任務(wù)執(zhí)行時間長、任務(wù)量大的場景，可以避免任務(wù)在線程池中等待執(zhí)行的時間過長，提高線程池的緩沖能力。
• ArrayBlockingQueue：數(shù)組阻塞隊列。ArrayBlockingQueue是一個有容量的阻塞隊列，它的作用和LinkedBlockingQueue類似，但是它是一個基于數(shù)組的隊列，而不是基于鏈表的隊列。ArrayBlockingQueue適用于任務(wù)執(zhí)行時間長、任務(wù)量大的場景，可以避免任務(wù)在線程池中等待執(zhí)行的時間過長，提高線程池的緩沖能力。與LinkedBlockingQueue相比，ArrayBlockingQueue的吞吐量更高，但是它的性能可能會受到數(shù)組大小的限制。

通過合理地選擇不同類型的阻塞隊列，可以根據(jù)應(yīng)用程序的需求來提高線程池的性能和可靠性。

例如，對于任務(wù)執(zhí)行時間短、任務(wù)量大的場景，可以選擇SynchronousQueue來避免任務(wù)在隊列中等待的時間；對于任務(wù)執(zhí)行時間長、任務(wù)量大的場景，可以選擇LinkedBlockingQueue或ArrayBlockingQueue來提高線程池的緩沖能力。同時，也可以通過調(diào)整阻塞隊列的大小來控制線程池的緩沖能力，以適應(yīng)不同的工作負(fù)載。

拒絕策略

ThreadPoolExecutor的拒絕策略用于處理新的任務(wù)提交到線程池時，如果線程池已經(jīng)達(dá)到最大線程數(shù)和阻塞隊列已滿的情況下，線程池應(yīng)該如何處理這些新的任務(wù)。

ThreadPoolExecutor提供了四種常用的拒絕策略：

• AbortPolicy：拋出RejectedExecutionException異常。這是ThreadPoolExecutor的默認(rèn)拒絕策略，如果線程池已經(jīng)達(dá)到最大線程數(shù)和阻塞隊列已滿的情況下，新的任務(wù)將被拒絕并拋出異常。
• CallerRunsPolicy： 由提交任務(wù)的線程來執(zhí)行任務(wù)。如果線程池已經(jīng)達(dá)到最大線程數(shù)和阻塞隊列已滿的情況下，新的任務(wù)將被提交到線程池的調(diào)用線程中執(zhí)行。這種策略可以避免任務(wù)丟失，但是會降低線程池的吞吐量。
• DiscardOldestPolicy：丟棄最老的任務(wù)。如果線程池已經(jīng)達(dá)到最大線程數(shù)和阻塞隊列已滿的情況下，新的任務(wù)將被丟棄，而不是拋出異?；蛘邎?zhí)行任務(wù)。這種策略可以避免線程池阻塞，但是可能會丟失一些重要的任務(wù)。
• DiscardPolicy：直接丟棄任務(wù)。如果線程池已經(jīng)達(dá)到最大線程數(shù)和阻塞隊列已滿的情況下，新的任務(wù)將被直接丟棄，而不是拋出異常或者執(zhí)行任務(wù)。這種策略可以避免線程池阻塞，但是會丟失所有的任務(wù)。

通過合理地選擇不同類型的拒絕策略，可以根據(jù)應(yīng)用程序的需求來處理新的任務(wù)提交到線程池時的情況。

例如，對于重要的任務(wù)，可以選擇CallerRunsPolicy來確保任務(wù)能夠得到執(zhí)行；對于不重要的任務(wù)，可以選擇DiscardPolicy來避免線程池阻塞。同時，也可以通過實現(xiàn)RejectedExecutionHandler接口來自定義拒絕策略，例如我們可以丟下任務(wù)前將其記錄下：

import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

public class DiscardOldestWithKafkaRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {

    private String kafkaTopic;

    public DiscardOldestWithKafkaRejectedExecutionHandler(String kafkaTopic) {
        this.kafkaTopic = kafkaTopic;
    }

    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
        // 獲取最早的未執(zhí)行任務(wù)
        Runnable earliestTask = executor.getQueue().peek();
        if (earliestTask != null) {
            // 將最早的未執(zhí)行任務(wù)發(fā)到kafka里
            KafkaProducer.send(kafkaTopic, earliestTask.toString());
        }
        // 將當(dāng)前任務(wù)提交到線程池
        executor.execute(r);
    }
}

在這個示例中，我們實現(xiàn)了一個DiscardOldestWithKafkaRejectedExecutionHandler，它繼承了RejectedExecutionHandler接口，并重寫了rejectedExecution()方法。它的作用是當(dāng)線程池中的任務(wù)隊列和線程池都滿了，并且新的任務(wù)被拒絕時，這個方法會將最早未運行的任務(wù)拿出來，丟棄到kafka中，然后提交當(dāng)前的任務(wù)。

線程池的監(jiān)控和調(diào)優(yōu)

線程池穩(wěn)定和高效的運行也是非常重要的，要想它穩(wěn)定高效運行，就離不開監(jiān)控和調(diào)優(yōu)。

下面給出一些監(jiān)控和調(diào)優(yōu)ThreadPoolExecutor的方法論：

• 監(jiān)控指標(biāo)： 可以通過ThreadPoolExecutor提供的一些監(jiān)控指標(biāo)來了解線程池的狀態(tài)和性能，例如線程池大小、活躍線程數(shù)、任務(wù)隊列大小、已完成任務(wù)數(shù)、拒絕任務(wù)數(shù)等?？梢酝ㄟ^調(diào)用ThreadPoolExecutor的getPoolSize()、getActiveCount()、getQueueSize()、getCompletedTaskCount()、getRejectedExecutionCount()等方法來獲取這些監(jiān)控指標(biāo)，以便及時發(fā)現(xiàn)和解決線程池的問題。
• 調(diào)優(yōu)策略： 可以通過調(diào)整線程池的參數(shù)來優(yōu)化線程池的性能和可靠性，例如調(diào)整corePoolSize和maximumPoolSize來提高線程池的并發(fā)能力，調(diào)整keepAliveTime來控制線程的空閑時間，調(diào)整阻塞隊列的大小來提高線程池的緩沖能力，選擇合適的拒絕策略來處理新的任務(wù)提交時的情況等。同時，也可以通過監(jiān)控指標(biāo)來實時調(diào)整線程池的參數(shù)，以適應(yīng)不同的工作負(fù)載。
• 線程池的優(yōu)化： 可以通過線程池的優(yōu)化來提高線程池的性能和可靠性，例如使用線程池前先評估任務(wù)的類型和優(yōu)先級，選擇合適的阻塞隊列和拒絕策略，避免任務(wù)的等待和丟失；使用線程池時避免過度提交任務(wù)，控制任務(wù)的數(shù)量和質(zhì)量；使用線程池時避免長時間的空閑或者過度使用線程池，以避免資源浪費和線程池崩潰的問題。

通過合理地監(jiān)控和調(diào)優(yōu)ThreadPoolExecutor，可以提高線程池的性能和可靠性，避免任務(wù)丟失或線程池崩潰的問題，并且可以提高應(yīng)用程序的性能和可靠性。

最佳實踐

使用ThreadPoolExecutor的最佳實踐涉及到線程池的參數(shù)設(shè)置、任務(wù)處理、異常處理等多個方面。

下面介紹一些使用ThreadPoolExecutor的最佳實踐：

• 線程池參數(shù)設(shè)置：在創(chuàng)建ThreadPoolExecutor時，需要根據(jù)應(yīng)用程序的需求來設(shè)置線程池的參數(shù)，例如corePoolSize、maximumPoolSize、keepAliveTime、阻塞隊列類型和大小、拒絕策略等?？梢愿鶕?jù)任務(wù)的類型和優(yōu)先級來選擇合適的阻塞隊列和拒絕策略，以避免任務(wù)的等待和丟失。
• 任務(wù)處理：在提交任務(wù)時，需要根據(jù)任務(wù)的類型和優(yōu)先級來選擇合適的提交方式，例如使用execute()方法或submit()方法提交任務(wù)。同時，還需要注意任務(wù)的異常處理，可以通過實現(xiàn)UncaughtExceptionHandler接口來自定義異常處理方式，以避免任務(wù)異常導(dǎo)致線程池崩潰的問題。
• 線程池的關(guān)閉：在關(guān)閉線程池時，需要注意線程池的狀態(tài)和任務(wù)的處理。可以通過調(diào)用shutdown()方法或shutdownNow()方法來關(guān)閉線程池，前者會等待所有任務(wù)執(zhí)行完畢再關(guān)閉線程池，后者會立即關(guān)閉線程池并中斷所有任務(wù)的執(zhí)行。同時，還需要注意線程池的狀態(tài)，可以通過isShutdown()方法和isTerminated()方法來判斷線程池是否已經(jīng)關(guān)閉。
• 線程池的監(jiān)控和調(diào)優(yōu)：在使用ThreadPoolExecutor時，需要及時監(jiān)控線程池的狀態(tài)和性能，以便及時發(fā)現(xiàn)和解決線程池的問題?？梢酝ㄟ^監(jiān)控指標(biāo)和調(diào)優(yōu)策略來優(yōu)化線程池的性能和可靠性，例如調(diào)整線程池的參數(shù)、選擇合適的阻塞隊列和拒絕策略、避免任務(wù)的等待和丟失等。

通過遵循ThreadPoolExecutor的最佳實踐，可以提高線程池的性能和可靠性，避免任務(wù)丟失或線程池崩潰的問題，并且可以提高應(yīng)用程序的性能和可靠性。

總結(jié)

ThreadPoolExecutor是Java中用于管理線程池的一個類，它能夠創(chuàng)建和管理線程池，以提高應(yīng)用程序的性能和可靠性。它具有靈活的線程池管理、高效的任務(wù)處理和可靠的異常處理等特點。尤其適用于任務(wù)量大、執(zhí)行時間長、任務(wù)類型多樣的應(yīng)用場景，例如Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫連接池、文件處理等。通過合理地設(shè)置線程池參數(shù)、處理任務(wù)和異常、監(jiān)控和調(diào)優(yōu)線程池，可以提高應(yīng)用程序的性能和可靠性，避免任務(wù)丟失或線程池崩潰的問題。

為了充分利用ThreadPoolExecutor提高應(yīng)用程序的性能和可靠性，我們可以采取以下措施：

• 合理設(shè)置線程池參數(shù)，例如corePoolSize（核心線程數(shù)）、maximumPoolSize（最大線程數(shù)）、keepAliveTime（線程空閑時間）、阻塞隊列類型和大小、拒絕策略等，以適應(yīng)不同的工作負(fù)載和應(yīng)用場景。
• 處理任務(wù)和異常，例如選擇合適的任務(wù)提交方式（如execute或submit），實現(xiàn)UncaughtExceptionHandler接口來自定義異常處理方式，以避免任務(wù)異常導(dǎo)致線程池崩潰的問題。
• 監(jiān)控和調(diào)優(yōu)線程池，例如及時監(jiān)控線程池的狀態(tài)和性能、調(diào)整線程池的參數(shù)、選擇合適的阻塞隊列和拒絕策略、避免任務(wù)的等待和丟失等，以提高線程池的性能和可靠性。

通過以上措施，我們可以充分發(fā)揮ThreadPoolExecutor的優(yōu)勢，提高應(yīng)用程序的性能和可靠性，避免任務(wù)丟失或線程池崩潰的問題。同時，這也有助于我們在面臨大量任務(wù)、長時間執(zhí)行和多種任務(wù)類型的應(yīng)用場景時，更好地應(yīng)對挑戰(zhàn)，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的應(yīng)用程序運行。

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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