Java線(xiàn)程池的工作機(jī)制

線(xiàn)程池是一種多線(xiàn)程管理機(jī)制，用于限制和控制并發(fā)線(xiàn)程的數(shù)量，以提升系統(tǒng)性能和資源利用率，降低頻繁創(chuàng)建和銷(xiāo)毀線(xiàn)程的開(kāi)銷(xiāo)，線(xiàn)程池是 Java 并發(fā)編程中的重要工具之一，廣泛應(yīng)用于高性能、多線(xiàn)程的場(chǎng)景

線(xiàn)程池通過(guò)復(fù)用已創(chuàng)建的線(xiàn)程執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，避免線(xiàn)程的頻繁創(chuàng)建和銷(xiāo)毀，線(xiàn)程池可以限制線(xiàn)程數(shù)量，防止大量線(xiàn)程導(dǎo)致的系統(tǒng)資源耗盡，線(xiàn)程池使用隊(duì)列管理任務(wù)，支持任務(wù)調(diào)度和優(yōu)先級(jí)，線(xiàn)程池提供策略處理超出能力范圍的任務(wù)

我們可以使用Java提供的ThreadPoolExecutor類(lèi)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)線(xiàn)程池實(shí)例，讓我們先來(lái)看一下他的構(gòu)造方法：

ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize, 
    int maximumPoolSize, 
    long keepAliveTime, 
    TimeUnit unit, 
    BlockingQueue<Runnable> workQueue, 
    ThreadFactory threadFactory, 
    RejectedExecutionHandler handler
)

可以看到他的構(gòu)造方法有七個(gè)參數(shù)

• corePoolSize：核心線(xiàn)程數(shù)，線(xiàn)程池中始終保持的線(xiàn)程數(shù)量
• maximumPoolSize：最大線(xiàn)程數(shù)，線(xiàn)程池中允許的最大線(xiàn)程數(shù)量
• keepAliveTime：空閑線(xiàn)程的存活時(shí)間，超過(guò)該時(shí)間的空閑線(xiàn)程將被回收
• unit：時(shí)間單位，是keepAliveTime的單位
• workQueue：任務(wù)隊(duì)列，用于存儲(chǔ)等待執(zhí)行的任務(wù)
• threadFactory：線(xiàn)程工廠(chǎng)，用于創(chuàng)建新線(xiàn)程
• handler：拒絕策略，用于處理超出線(xiàn)程池能力范圍的任務(wù)

那么為什么除了傳入一個(gè)核心線(xiàn)程數(shù)之外，還要傳入最大線(xiàn)程數(shù)呢？任務(wù)隊(duì)列中又是哪些任務(wù)在排隊(duì)等待呢？我們一起來(lái)探討一下線(xiàn)程池的工作機(jī)制

假設(shè)創(chuàng)建一個(gè)核心線(xiàn)程為2，最大線(xiàn)程數(shù)為4的線(xiàn)程池：

ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(
            2,   // 核心線(xiàn)程數(shù)量
            4,   // 最大線(xiàn)程數(shù)量
            60,  // 空閑線(xiàn)程最大存活時(shí)間
            TimeUnit.SECONDS, // 單位
            new ArrayBlockingQueue<>(2), //創(chuàng)建任務(wù)隊(duì)列
            Executors.defaultThreadFactory(),  // 創(chuàng)建線(xiàn)程工廠(chǎng)
            new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 任務(wù)拒絕策略
);

核心線(xiàn)程

如果同一時(shí)刻來(lái)了兩個(gè)任務(wù)：任務(wù)1和任務(wù)2，那么自然就會(huì)把兩個(gè)任務(wù)交給兩個(gè)核心線(xiàn)程去執(zhí)行：

等待隊(duì)列

如果同一時(shí)刻提交了4個(gè)新的任務(wù)，但是我們定義的線(xiàn)程池只有兩個(gè)核心線(xiàn)程用來(lái)執(zhí)行任務(wù)1和任務(wù)2，此時(shí)核心線(xiàn)程全部繁忙，新任務(wù)會(huì)被放入等待隊(duì)列，那么任務(wù)3和任務(wù)4就會(huì)進(jìn)入等待隊(duì)列中等待，隊(duì)列有容量限制，我們上面?zhèn)魅氲淖枞?duì)列容量是2：

臨時(shí)線(xiàn)程

如果同一時(shí)刻提交的任務(wù)非常多，比如提交了6個(gè)任務(wù)，那么核心線(xiàn)程依舊會(huì)執(zhí)行任務(wù)1和任務(wù)2，由于此時(shí)核心線(xiàn)程全部繁忙，新任務(wù)會(huì)被放入等待隊(duì)列，任務(wù)3和任務(wù)4會(huì)被放如等待隊(duì)列中等待執(zhí)行

但是將任務(wù)5放入等待隊(duì)列時(shí)，等待隊(duì)列已滿(mǎn)，線(xiàn)程池會(huì)嘗試創(chuàng)建非核心線(xiàn)程：臨時(shí)線(xiàn)程來(lái)執(zhí)行新的任務(wù)，但是核心線(xiàn)程與臨時(shí)線(xiàn)程的總和不得超過(guò)最大線(xiàn)程數(shù)量，也就是我們傳入的4，所以此時(shí)線(xiàn)程池會(huì)創(chuàng)建2個(gè)臨時(shí)線(xiàn)程來(lái)執(zhí)行任務(wù)5和任務(wù)6

臨時(shí)線(xiàn)程用于處理高峰期任務(wù)，但是臨時(shí)線(xiàn)程并不是核心線(xiàn)程，當(dāng)臨時(shí)線(xiàn)程處于空閑狀態(tài)超過(guò) keepAliveTime 后，臨時(shí)線(xiàn)程就會(huì)被銷(xiāo)毀

任務(wù)拒絕

如果任務(wù)數(shù)量超過(guò)了線(xiàn)程池最大處理能力（核心線(xiàn)程 + 臨時(shí)線(xiàn)程 + 等待隊(duì)列），則執(zhí)行拒絕策略，例如同一時(shí)間提交了7個(gè)新任務(wù)，按照上面的運(yùn)行機(jī)制，任務(wù)1、任務(wù)2、任務(wù)5和任務(wù)6會(huì)被線(xiàn)程執(zhí)行，任務(wù)3和任務(wù)4會(huì)在等待隊(duì)列中等待空閑線(xiàn)程

但是由于核心線(xiàn)程 + 臨時(shí)線(xiàn)程 + 等待隊(duì)列全部滿(mǎn)員，此時(shí)任務(wù)7就會(huì)執(zhí)行拒絕策略，共有四種拒絕策略：

這就是線(xiàn)程池的工作機(jī)制，線(xiàn)程池通過(guò)任務(wù)復(fù)用和資源管理提升了系統(tǒng)的并發(fā)性能，但使用時(shí)需結(jié)合具體場(chǎng)景合理配置參數(shù)，掌握線(xiàn)程池機(jī)制并深入理解其應(yīng)用場(chǎng)景，將有效提升 Java 開(kāi)發(fā)效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性

那么通常在我們的項(xiàng)目中，線(xiàn)程池的容量應(yīng)該設(shè)置為多大呢？

線(xiàn)程容量

項(xiàng)目中的線(xiàn)程容量（即線(xiàn)程池的大小）設(shè)置需要基于項(xiàng)目的類(lèi)型來(lái)制定，不同的項(xiàng)目設(shè)置不同的容量：

CPU密集型任務(wù)

對(duì)于主要依賴(lài)CPU計(jì)算的任務(wù)（如數(shù)據(jù)處理、圖像渲染），線(xiàn)程數(shù)量建議接近或等于CPU核心數(shù)（包括邏輯核心）。

計(jì)算公式：

這樣可以充分利用CPU，但又不會(huì)因線(xiàn)程上下文切換過(guò)多而導(dǎo)致性能下降。

I/O密集型任務(wù)

對(duì)于涉及大量I/O操作的任務(wù)（如文件讀寫(xiě)、網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)），線(xiàn)程池可以設(shè)置為CPU核心數(shù)的多倍，因?yàn)镮/O操作通常會(huì)讓線(xiàn)程處于阻塞狀態(tài)。

計(jì)算公式：

更多線(xiàn)程可以隱藏I/O等待時(shí)間，提升系統(tǒng)吞吐量

總結(jié)

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

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