Java并发编程：线程池的使用方法(详解)

什么是线程池？

线程池是一种线程管理的机制，可以避免频繁创建和销毁线程所带来的开销。通过提前创建一定数量的线程并将它们组织成池，其他需要执行任务的线程可以从池中获取空闲的线程来执行任务。

线程池的优势

使用线程池的优势主要在以下几方面：
1. 重用线程，减少线程创建和销毁所带来的开销。
2. 更好的管理线程，统一分配、调优和监控线程。
3. 提高响应速度，通过线程池能够更快的响应任务请求。
4. 提高程序稳定性，通过避免因线程创建而导致的资源竞争和线程安全问题等问题，提高程序的稳定性和可靠性。
5. 更好的处理任务，对任务进行排队、调度和分配，使得任务能够更好的处理，减少任务被丢弃以及接收任务的先后顺序等问题。

线程池的使用方法

Java提供了一个线程池框架——Executor框架，借助该框架可以轻松创建线程池。

创建线程池

ExecutorService

java.util.concurrent.ExecutorService 接口是线程池的主要接口，定义了线程池所需的基本操作和属性。

Executors

Java提供了Executors类作为线程池工厂类。该类提供的静态方法允许轻松创建已经配置的线程池实例，例如：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

上述代码将创建一个可重用固定数量线程的线程池。在该线程池中，线程数量固定为5个，意味着在执行任务时总是有5个线程处于空闲状态，等待执行任务。

获得Future对象

线程池中的任务提交有两种方法：submit() 和 execute()。提交任务时，都会返回一个Future对象，可以用来控制和监控任务的状态。

submit()

submit()方法可以提交需要执行的Callable或Runnable任务，可以使用Future对象来获取任务的执行结果。例如：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

Future<Integer> future = executorService.submit(() -> {
    // 需要执行的任务
    return 1 + 2;
});

try {
    Integer result = future.get(); // 获取任务执行结果
    System.out.println(result);
} catch (Exception e) {
    // 对异常进行处理
} finally {
    executorService.shutdown(); // 关闭线程池
}

上述代码提交了一个简单的任务，任务执行后会返回一个Integer类型的结果，使用Future.get()方法获取任务执行结果。

execute()

execute()方法只接受Runnable任务，无法返回任务执行结果，例如：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

executorService.execute(() -> {
    // 需要执行的任务
});

executorService.shutdown(); // 关闭线程池

示例说明

示例1：计算n以内的素数

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

int n = 1000;
List<Integer> primes = new ArrayList<>();
Future<List<Integer>> future = executorService.submit(() -> {
    for (int i = 2; i <= n; i++) {
        boolean isPrime = true;
        for (int j = 2; j <= Math.sqrt(i); j++) {
            if (i % j == 0) {
                isPrime = false;
                break;
            }
        }
        if (isPrime) {
            primes.add(i);
        }
    }
    return primes;
});

try {
    System.out.println(future.get());
} catch (Exception e) {
    // 对异常进行处理
} finally {
    executorService.shutdown(); // 关闭线程池
}

上述代码使用线程池计算n以内的素数。在线程池中提交任务，任务完成后会返回一个List类型的结果，使用Future.get()方法获取任务结果。

示例2：下载多个文件

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);

String url1 = "http://example.com/file1.zip";
String url2 = "http://example.com/file2.zip";
String url3 = "http://example.com/file3.zip";
String url4 = "http://example.com/file4.zip";
String url5 = "http://example.com/file5.zip";

List<Future<File>> futures = new ArrayList<>();

futures.add(executorService.submit(() -> {
    // 下载文件1
    URL url = new URL(url1);
    URLConnection conn = url.openConnection();
    conn.connect();
    InputStream in = conn.getInputStream();
    File file = new File("file1.zip");
    FileOutputStream out = new FileOutputStream(file);
    byte[] buffer = new byte[1024];

    int len;
    while ((len = in.read(buffer)) > 0) {
        out.write(buffer, 0, len);
    }
    in.close();
    out.close();

    return file;
}));

// 同理，下载文件2-5

List<File> files = new ArrayList<>();
for (Future<File> future : futures) {
    files.add(future.get()); // 使用Future.get()方法获取任务执行结果
}

System.out.println(files);

executorService.shutdown(); // 关闭线程池

上述代码使用线程池下载多个文件，将每个文件下载作为一个任务提交到线程池中。任务完成后会返回一个File类型的结果，将任务执行结果保存在List中。