Java线程池的几种实现方法及常见问题解答

什么是线程池

线程池是一种预处理一定数量的线程，并将它们存放在池子中，以便随时执行多个任务，而不用反复创建新线程或销毁已经没有用的线程。线程池线程的数量可以根据需要自动增加或减少，在使用线程池时，我们只需要向池子中添加执行的任务即可，任务会自动分配到池子中的线程执行，执行完成后，线程不会被销毁，而是放回池子中，供其他任务使用。使用线程池的好处是可以减轻系统对线程的创建和销毁的负担，能够更好地利用系统资源，提高系统的性能和稳定性。

Java线程池的实现方法

Java线程池的实现方法主要有以下几种：

1. Executors工厂类

Executors是Java提供的一个线程池工厂类，使用它可以快速创建并返回一个线程池对象。Executors提供的线程池实现有以下几种：

• newFixedThreadPool(int n)：创建一个固定大小为n的线程池；
• newSingleThreadExecutor()：创建一个只有1个线程的线程池，该线程池保证所有任务都在同一线程中按顺序执行；
• newCachedThreadPool()：创建一个可以根据需要动态调整线程数量的线程池。

下面是对newFixedThreadPool的一个简单示例：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    final int a = i;
    executorService.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "执行第" + a + "个任务");
        }
    });
}
executorService.shutdown();

2. ThreadPoolExecutor类

ThreadPoolExecutor是Java的一个线程池实现类，可以用它来自定义线程池的实现。它的构造方法如下：

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

其中，参数含义如下：

• corePoolSize：池中所保存的线程数，包括空闲线程。
• maximumPoolSize：池中允许的最大线程数。
• keepAliveTime：当线程数大于核心线程数时，这是多余的空闲线程在终止之前等待新任务的最长时间。
• unit：存活时间的时间单位。
• workQueue：用于在执行任务之前存储任务的队列。此队列将仅保留由execute方法提交的Runnable任务。
• threadFactory：执行者创建新线程时使用的工厂。
• handler：饱和时的处理策略。

下面是一个使用ThreadPoolExecutor自定义线程池的例子：

BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
        10,
        20,
        10,
        TimeUnit.SECONDS,
        workQueue,
        new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
);
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    final int a = i;
    executor.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("线程" + Thread.currentThread().getName() + "执行第" + a + "个任务");
        }
    });
}
executor.shutdown();

常见问题解答

1. 线程池中的核心线程数应该设置为多少？

线程池中的核心线程数应该根据不同的情况进行设置，需要根据以下几点进行考虑：

• 任务的性质：如果是CPU密集型的任务，即运算量比较大的任务，建议将核心线程数设置为CPU核心数的2倍；
• 任务的类型：如果是I/O密集型的任务，即任务中有很多阻塞操作，建议将核心线程数设置为CPU核心数的4倍；
• 系统的资源：如果系统可用的资源较少，建议将核心线程数设置为CPU核心数的1倍。

2. 线程池中等待队列的选择

线程池中等待队列的选择应该根据任务的特性选择，如下：

• 无界队列：如果任务数比较大，且任务处理时间不固定，可以使用无界队列，如LinkedBlockingQueue，在任务处理时间不固定的情况下，可以保证任务不会被拒绝，并且不需要额外的处理机制。
• 有界队列：如果任务量比较大，但是处理时间相对稳定，可以选择有界队列，如ArrayBlockingQueue，在任务量到达队列最大值后，新任务将被拒绝。
• SynchronousQueue：如果任务需要实时性和快速响应，可以选择SynchronousQueue，它不会保存任务，如果没有线程来消费，新任务会一直等待，但是SynchronousQueue不是一个真正的队列，它其中不会存储任何元素。

示例说明

考虑到实际开发中可能遇到的问题，这里简单介绍一个Java线程池的示例，用于解决可能存在的线程安全问题。

示例：一个用户请求接口，查询用户信息并将其保存到数据库中，同时将查询结果返回给用户。如果并发访问情况比较多，每个请求都会启动一个线程来完成查询，可能会导致数据库连接池不足或并发访问量过大而导致系统崩溃。这个时候可以使用线程池。

前置知识：JDBC连接池。

代码实现：

首先，我们创建一个线程池，如下：

ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);

然后，我们将查询数据库的操作放到一个线程中执行，代码如下：

// 查询用户信息的线程
class QueryThread implements Runnable {

    private String userName;

    public QueryThread(String userName) {
        this.userName = userName;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 从连接池中获取连接
        Connection connection = DriverManager.getConnection(
                "jdbc:mysql://localhost:3306/test",
                "root",
                "password"
        );
        // 执行查询操作
        String sql = "SELECT * FROM user_info WHERE user_name = ?";
        PreparedStatement statement = connection.prepareStatement(sql);
        statement.setString(1, userName);
        ResultSet resultSet = statement.executeQuery();
        // 将查询结果保存到数据库中
        saveUserInfo(resultSet);
        // 关闭连接
        resultSet.close();
        statement.close();
        connection.close();
    }

    private void saveUserInfo(ResultSet resultSet) {
        // 将查询结果保存到数据库中
    }
}

最后，我们调用线程池中的方法，将任务交给线程池来执行：

// 处理用户请求
class UserHandler {

    public void handle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        // 获取用户名
        String userName = request.getParameter("user_name");
        // 将任务交给线程池来执行
        pool.execute(new QueryThread(userName));
        // 返回结果
        // ...
    }

}

上面这个示例实现了一个基本的查询用户信息并保存到数据库中的功能，通过使用线程池，避免了频繁创建和销毁线程，减轻了系统的负担，提高了系统的性能和稳定性。同时也避免了数据库连接池不足的情况。