详解Java线程池的使用及工作原理

线程池介绍

线程池是一种创建和管理多个线程的方式，它能够提高程序的运行性能，避免因线程创建和销毁所带来的性能损耗。Java线程池机制包括三个部分：线程池、工作线程和任务队列。

线程池的好处

• 降低线程创建和销毁的开销。
• 提高响应速度，线程已经创建，任务可以立即执行。
• 提高线程的可管理性。线程池作为一个工作队列，可以进行线程的终止、暂停和恢复，并能够对线程的执行进行统一管理。
• 提高线程的可复用性。

线程池的核心参数

线程池的核心参数包括线程池中线程的数量以及任务队列的存储能力。

核心线程数（corePoolSize）

int corePoolSize

线程池中的常驻核心线程数，当任务数少于该值时，会优先通过创建线程池中的线程进行处理，而不是将任务放入任务队列中。

最大线程数（maximumPoolSize）

int maximumPoolSize

线程池中最大线程数。当任务数大于最大线程数时，会启动新的线程，直到线程数达到该最大值。

线程空闲时间（keepAliveTime）

long keepAliveTime

超过核心线程数的线程在完成任务后，在空闲时间过后，会被销毁。

队列容量（workQueue）

BlockingQueue<Runnable> workQueue

任务队列，用于存放还未执行的任务。任务以先进先出（FIFO）的方式加入到队列中。

拒绝策略（rejectedExecutionHandler）

RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler

当任务队列已满（并且线程池中的线程数已经达到最大值），此时线程池如何处理新来的任务，容易造成不可控或者任务丢失的情况。线程池支持多种拒绝策略，如下：

• ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：丢弃任务，并抛出RejectedExecutionException异常。
• ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丢弃任务，不抛出异常。
• ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列头部的任务，再次提交当前任务。
• ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程来直接执行该任务。

线程池的实际应用

创建线程池

可以使用ThreadPoolExecutor来创建线程池。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, // 线程池中的核心线程数
                            int maximumPoolSize, // 线程池中最大线程数
                            long keepAliveTime, // 超过核心线程数的线程的销毁周期
                            TimeUnit unit, // 时间单位
                            BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务队列
                            ThreadFactory threadFactory, // 创建线程的工厂类
                            RejectedExecutionHandler handler) // 拒绝策略

示例1：使用线程池执行任务

public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个包含3个线程的线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
        // 提交5个任务
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executor.submit(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running..."));
        }
        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }
}

示例2：使用线程池执行定时任务

public class ScheduleThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个包含2个线程的线程池
        ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(2);
        // 每隔2秒执行一个任务
        executor.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running..."), 0, 2, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

线程池的工作原理

1. 线程池中的工作线程是一直等待任务的到来。
2. 当提交一个任务时，线程池会选择一个工作线程来执行该任务。
3. 如果所有的工作线程已经在忙碌状态，任务就会被加入到任务队列中等待执行。
4. 如果任务队列已满，新提交的任务就会执行拒绝策略（根据指定的拒绝策略进行处理）。

线程池总结

Java线程池的设计和实现实现了许多线程安全、高效和灵活的技巧，极大地提高了多线程程序的质量和效率。为了让线程池达到最优状态，需要合理设置线程池的核心参数。实际中，线程池应该基于任务类型、负载、资源限制等因素动态地进行调整和管理。