前言

Java 線(xiàn)程池是通過(guò) java.util.concurrent 提供的 Executor 框架實(shí)現(xiàn)的。線(xiàn)程池主要由 ThreadPoolExecutor 類(lèi)支持，它提供了靈活的配置參數(shù)，允許開(kāi)發(fā)者根據(jù)需求調(diào)整線(xiàn)程池的行為和性能。

1. 線(xiàn)程池的構(gòu)造方法

ThreadPoolExecutor 提供了一個(gè)核心構(gòu)造方法，允許指定線(xiàn)程池的關(guān)鍵參數(shù)：

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

2. 線(xiàn)程池參數(shù)解析

2.1 核心參數(shù)

1. corePoolSize

• 定義：
  • 核心線(xiàn)程數(shù)，即線(xiàn)程池中始終保持存活的線(xiàn)程數(shù)量。
  • 即使線(xiàn)程池處于空閑狀態(tài)，核心線(xiàn)程也不會(huì)被回收（默認(rèn)情況下）。
• 作用：
  • 在任務(wù)量較少時(shí)，線(xiàn)程池會(huì)優(yōu)先創(chuàng)建核心線(xiàn)程來(lái)執(zhí)行任務(wù)。
• 配置建議：
  • 根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載和任務(wù)特性設(shè)置。

2. maximumPoolSize

• 定義：
  • 線(xiàn)程池中允許的最大線(xiàn)程數(shù)（包括核心線(xiàn)程）。
  • 當(dāng)任務(wù)隊(duì)列滿(mǎn)時(shí)，線(xiàn)程池會(huì)繼續(xù)創(chuàng)建非核心線(xiàn)程，直到達(dá)到最大線(xiàn)程數(shù)。
• 作用：
  • 控制線(xiàn)程池的最大并發(fā)能力。
• 配置建議：
  • 設(shè)置為合適的值以避免線(xiàn)程過(guò)多導(dǎo)致系統(tǒng)資源耗盡。

3. keepAliveTime

• 定義：
  • 非核心線(xiàn)程的存活時(shí)間（當(dāng)線(xiàn)程處于空閑狀態(tài)時(shí)）。
  • 超過(guò)此時(shí)間未執(zhí)行任務(wù)的非核心線(xiàn)程會(huì)被銷(xiāo)毀。
• 作用：
  • 控制線(xiàn)程池資源的回收效率。
• 配置建議：
  • 對(duì)于需要快速響應(yīng)的線(xiàn)程池，可設(shè)置較短的存活時(shí)間。

4. unit

• 定義：
  • keepAliveTime 的時(shí)間單位。
  • 取值范圍為 TimeUnit 枚舉，包括：
    • TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）
    • TimeUnit.SECONDS（秒）
    • TimeUnit.MINUTES（分鐘）
• 作用：
  • 規(guī)范存活時(shí)間的粒度。

5. workQueue

• 定義：
  • 一個(gè)阻塞隊(duì)列，用于存儲(chǔ)等待執(zhí)行的任務(wù)。
  • 如果線(xiàn)程池中的線(xiàn)程數(shù)已達(dá)到 corePoolSize，新任務(wù)會(huì)被加入隊(duì)列等待。

常用隊(duì)列類(lèi)型

• ArrayBlockingQueue：
  • 有界隊(duì)列，必須指定容量。
  • 當(dāng)隊(duì)列滿(mǎn)時(shí)，新任務(wù)會(huì)觸發(fā)線(xiàn)程池?cái)U(kuò)容。
• LinkedBlockingQueue：
  • 無(wú)界隊(duì)列（理論上容量無(wú)限制）。
  • 如果使用無(wú)界隊(duì)列，maximumPoolSize 參數(shù)將失效。
• SynchronousQueue：
  • 不存儲(chǔ)任務(wù)的隊(duì)列，每次提交的任務(wù)必須直接交給線(xiàn)程處理。
  • 如果沒(méi)有空閑線(xiàn)程，線(xiàn)程池會(huì)立即創(chuàng)建新線(xiàn)程。
• PriorityBlockingQueue：
  • 支持任務(wù)排序的隊(duì)列。
  • 提交的任務(wù)會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)排序。

6. threadFactory

• 定義：
  • 用于創(chuàng)建線(xiàn)程的工廠(chǎng)類(lèi)。
• 作用：
  • 可以自定義線(xiàn)程名稱(chēng)、線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)、是否為守護(hù)線(xiàn)程等。
• 示例：

  ThreadFactory factory = r -> {
      Thread thread = new Thread(r);
      thread.setName("CustomThread-" + thread.getId());
      return thread;
  };
  

7. handler

• 定義：
  • 拒絕策略，表示當(dāng)線(xiàn)程池?zé)o法接受新任務(wù)時(shí)的處理方式。
• 觸發(fā)場(chǎng)景：
  • 當(dāng)任務(wù)隊(duì)列已滿(mǎn)且線(xiàn)程池中的線(xiàn)程數(shù)已達(dá)到 maximumPoolSize 時(shí)。
• 常見(jiàn)策略（RejectedExecutionHandler 接口實(shí)現(xiàn)）：AbortPolicy（默認(rèn)）：
  • 拋出 RejectedExecutionException 異常。
  CallerRunsPolicy：
  • 由提交任務(wù)的線(xiàn)程直接執(zhí)行任務(wù)。
  DiscardPolicy：
  • 丟棄任務(wù)，不拋出異常。
  DiscardOldestPolicy：
  • 丟棄最早的任務(wù)（隊(duì)列頭部任務(wù)），然后重新嘗試提交新任務(wù)。

2.2 線(xiàn)程池的工作流程

• 提交任務(wù)：
  • 任務(wù)通過(guò) execute() 或 submit() 方法提交到線(xiàn)程池。
• 任務(wù)處理：
  • 如果線(xiàn)程數(shù)未達(dá)到 corePoolSize，創(chuàng)建新線(xiàn)程處理任務(wù)。
  • 如果線(xiàn)程數(shù)已達(dá)到 corePoolSize，任務(wù)進(jìn)入 workQueue 等待。
  • 如果隊(duì)列已滿(mǎn)，且線(xiàn)程數(shù)小于 maximumPoolSize，創(chuàng)建新線(xiàn)程處理任務(wù)。
  • 如果隊(duì)列已滿(mǎn)，且線(xiàn)程數(shù)達(dá)到 maximumPoolSize，觸發(fā)拒絕策略。
• 線(xiàn)程回收：
  • 超過(guò) keepAliveTime 未使用的非核心線(xiàn)程會(huì)被銷(xiāo)毀。

3. 常用線(xiàn)程池實(shí)現(xiàn)

Java 提供了一些線(xiàn)程池的便捷方法：

3.1 Executors 工廠(chǎng)方法

• newFixedThreadPool(int nThreads)：

  • 固定大小的線(xiàn)程池。
  • 核心線(xiàn)程數(shù)和最大線(xiàn)程數(shù)相等，使用無(wú)界隊(duì)列。

  ExecutorService fixedPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
  

• newCachedThreadPool()：

  • 可緩存線(xiàn)程池。
  • 線(xiàn)程池大小無(wú)限制，線(xiàn)程空閑超過(guò) 60 秒會(huì)被回收。

  ExecutorService cachedPool = Executors.newCachedThreadPool();
  

• newSingleThreadExecutor()：

  • 單線(xiàn)程的線(xiàn)程池。
  • 保證任務(wù)按提交順序執(zhí)行。

  ExecutorService singleThreadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
  

• newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：

  • 支持定時(shí)和周期性任務(wù)的線(xiàn)程池。

  ScheduledExecutorService scheduledPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
  

3.2 自定義線(xiàn)程池

通過(guò) ThreadPoolExecutor 構(gòu)造一個(gè)自定義線(xiàn)程池：

ExecutorService customPool = new ThreadPoolExecutor(
    2,                      // 核心線(xiàn)程數(shù)
    4,                      // 最大線(xiàn)程數(shù)
    60,                     // 非核心線(xiàn)程存活時(shí)間
    TimeUnit.SECONDS,        // 存活時(shí)間單位
    new ArrayBlockingQueue<>(10), // 阻塞隊(duì)列
    Executors.defaultThreadFactory(), // 默認(rèn)線(xiàn)程工廠(chǎng)
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 拒絕策略
);

4. 參數(shù)配置的優(yōu)化建議

4.1 核心線(xiàn)程數(shù)（corePoolSize）

• I/O 密集型任務(wù)：
  • 核心線(xiàn)程數(shù)通常設(shè)置為 2 * CPU 核心數(shù)。
  • 任務(wù)需要頻繁等待外部資源（如磁盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)），線(xiàn)程數(shù)可以適當(dāng)增加。
• CPU 密集型任務(wù)：
  • 核心線(xiàn)程數(shù)設(shè)置為 CPU 核心數(shù) + 1。
  • 線(xiàn)程數(shù)過(guò)多會(huì)增加上下文切換的開(kāi)銷(xiāo)。

4.2 最大線(xiàn)程數(shù)（maximumPoolSize）

• 線(xiàn)程池的大小應(yīng)在系統(tǒng)資源允許范圍內(nèi)，避免線(xiàn)程數(shù)過(guò)多導(dǎo)致資源耗盡。

4.3 隊(duì)列類(lèi)型（workQueue）

• 短任務(wù)隊(duì)列：
  • 使用 SynchronousQueue，不存儲(chǔ)任務(wù)，適合高吞吐場(chǎng)景。
• 有限任務(wù)隊(duì)列：
  • 使用 ArrayBlockingQueue 限制隊(duì)列長(zhǎng)度，防止內(nèi)存溢出。
• 優(yōu)先級(jí)隊(duì)列：
  • 使用 PriorityBlockingQueue，適合需要任務(wù)排序的場(chǎng)景。

4.4 拒絕策略（handler）

• 高可靠性：
  • 使用 CallerRunsPolicy，將任務(wù)回退到調(diào)用線(xiàn)程執(zhí)行。
• 低優(yōu)先級(jí)任務(wù)：
  • 使用 DiscardPolicy 或 DiscardOldestPolicy 丟棄任務(wù)。

5. 示例代碼

import java.util.concurrent.*;

public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
            2,                      // 核心線(xiàn)程數(shù)
            4,                      // 最大
線(xiàn)程數(shù)
            60L,                    // 空閑線(xiàn)程存活時(shí)間
            TimeUnit.SECONDS,        // 時(shí)間單位
            new LinkedBlockingQueue<>(10), // 阻塞隊(duì)列
            Executors.defaultThreadFactory(), // 線(xiàn)程工廠(chǎng)
            new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 拒絕策略
        );

        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            threadPool.execute(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is executing");
            });
        }

        threadPool.shutdown();
    }
}

6. 總結(jié)

通過(guò)合理配置線(xiàn)程池參數(shù)，可以顯著提升多線(xiàn)程程序的性能和資源利用率。

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