Java线程池复用线程的秘密你知道吗

线程池的工作原理

线程池是专门用来管理线程的，其主要作用是维护一个空闲的线程队列和一个任务队列，将任务提交到线程池后，线程池会从线程队列中取出一个空闲线程，然后将任务分配给该线程执行，任务执行完毕后该线程就会返回线程队列等待执行下一个任务，这样就能大大提升线程的复用率和运行效率。

线程复用的实现

线程池中的线程是可以复用的，这是因为线程池在创建线程时使用了线程池缓存技术，即如果当前线程池中存在空闲线程，则将该空闲线程从线程池中取出并分配新的任务执行；如果线程池中不存在空闲线程，则会根据线程池的配置创建新的线程。

线程复用的具体实现方式有两种：

1. 通过线程池缓存技术实现

java
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
CORE_POOL_SIZE, // 线程池核心线程数
MAX_POOL_SIZE, // 线程池最大线程数
KEEP_ALIVE_TIME, // 线程池空闲线程存活时间
TimeUnit.SECONDS, // 线程池空闲线程存活时间单位
new ArrayBlockingQueue<>(QUEUE_SIZE) // 线程池任务队列
);

线程池会在初始化时创建CORE_POOL_SIZE个线程，如果当任务量过大时，线程池会在达到MAX_POOL_SIZE前扩容，增加新的线程继续执行任务。在线程数达到CORE_POOL_SIZE之后，如果有空闲线程，则该任务会优先分配给空闲线程执行，否则该任务会进入到任务队列中等待执行。

1. 通过线程复用技术实现

线程复用技术是指将线程池中的线程封装成一个可回收的线程对象，任务执行完以后不会被销毁，而是将该线程返回到线程池中继续待命，等待下一轮任务分配。

```java
public class ReusableThread implements Runnable {

   private ThreadPoolExecutor executor;

   public void setThreadPoolExecutor(ThreadPoolExecutor executor) {
       this.executor = executor;
   }

   @Override
   public void run() {
       while (true) {
           try {
               runnable.run();
           } catch (Throwable t) {
               // handle exception
           } finally {
               if (executor != null) {
                   executor.reuse(this); // 将线程对象返回到线程池中，继续待命
               }
           }
       }
   }

}
```

线程执行完任务后，会调用ThreadPoolExecutor的reuse方法，将线程返回到线程池中，线程池会继续使用该线程执行下一个任务。这样就实现了对线程的复用。

示例说明

示例1

假设有一个服务器需要处理客户端的请求，每个请求都需要新建一个线程来处理。为了避免线程过多导致系统负载过高，可以使用线程池来管理线程，降低系统负载。

public class Server {
    ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
        5, // 线程池核心线程数
        10, // 线程池最大线程数
        10, // 线程池空闲线程存活时间
        TimeUnit.SECONDS, // 线程池空闲线程存活时间单位
        new LinkedBlockingQueue<>() // 线程池任务队列，使用无界队列
    );

    public void handleRequest(Request request) {
        // 将请求提交到线程池执行
        executor.execute(new Handler(request));
    }

    private class Handler implements Runnable {
        private Request request;

        public Handler(Request request) {
            this.request = request;
        }

        @Override
        public void run() {
            // 处理请求
            // ...
        }
    }
}

在上面的代码中，当有新的请求到达时，会将该请求封装成一个Handler对象，并将该Handler对象提交到线程池中执行。线程池在执行Handler对象时，会从空闲线程队列中选取一个线程执行，如果当前没有空闲线程，则线程池会创建新的线程来执行。执行完Handler对象后，线程会返回线程池，等待下一次任务分配。

示例2

假设有一个需要进行大量计算的任务，可以使用线程池来提高计算效率。下面是一个计算圆周率的示例。

public class PiCalculator {
    ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
        5, // 线程池核心线程数
        10, // 线程池最大线程数
        10, // 线程池空闲线程存活时间
        TimeUnit.SECONDS, // 线程池空闲线程存活时间单位
        new LinkedBlockingQueue<>() // 线程池任务队列，使用无界队列
    );
    private int numThreads;
    private int iterations;
    private AtomicInteger hitCounter = new AtomicInteger(0);

    public PiCalculator(int numThreads, int iterations) {
        this.numThreads = numThreads;
        this.iterations = iterations;
    }

    public double calculate() {
        for (int i = 0; i < numThreads; i++) {
            executor.submit(new Calculator());
        }

        executor.shutdown();

        try {
            executor.awaitTermination(10, TimeUnit.MINUTES);
        } catch (InterruptedException e) {
            // handle interrupt exception
        }

        return 4.0 * hitCounter.get() / (iterations * numThreads);
    }

    private class Calculator implements Runnable {
        private Random rand = new Random();

        @Override
        public void run() {
            int hits = 0;
            for (int i = 0; i < iterations; i++) {
                double x = rand.nextDouble();
                double y = rand.nextDouble();
                if (x * x + y * y <= 1) {
                    hits++;
                }
            }
            hitCounter.addAndGet(hits);
        }
    }
}

在上面的代码中，可以看到使用了线程池来并行计算圆周率。将计算任务分解成多个线程，每个线程计算部分结果，最终汇总得到最终结果。在线程执行完计算任务后，会将线程返回到线程池中，继续待命，等待下一轮计算任务的分配。这样能大大提高计算效率和系统吞吐量。