线程池基本介绍与使用

我们知道，在Java中，创建对象，仅仅是在 JVM 的堆里分配一块内存而已；而创建一个线程，却需要调用操作系统内核的 API，然后操作系统要为线程分配一系列的资源，这个成本就很高了，所以线程是一个重量级的对象，应该避免频繁创建和销毁。

所以Java中提供了线程池，其本质就是一个容纳多个线程的容器，其中的线程可以反复使用，省去了频繁创建线程对象的操作，无需反复创建线程而消耗过多资源。

JDK线程池相关类

JDK中提供的有关线程池的相关类及其关系如下图：

• Executor接口：线程池的抽象接口，只包含一个execute方法。
• ExecutorService子接口：提供了有关终止线程池和Future返回值的一些方法。
• AbstractExecutorService抽象类：提供了ExecutorService的一些默认实现。
• ThreadPoolExecutor类：JDK提供的线程池的实现类。
• Executors类：线程池工厂类，提供了几种线程池的工厂方法。

下面主要介绍JDK提供的线程池实现类 - ThreadPoolExecutor类。

ThreadPoolExecutor类

Java 提供的线程池相关的工具类中，最核心的是 ThreadPoolExecutor。

构造方法

ThreadPoolExecutor 的构造函数非常复杂，如下面代码所示，这个最完备的构造函数有 7 个参数。

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

下面一一介绍下参数的含义。

corePoolSize

• 默认情况下，在创建了线程池后，线程池中的线程数为0，当有任务来之后，才会去创建一个线程来执行任务
• 当线程池中的线程数目达到corePoolSize后，就停止线程创建，转而会把任务放到任务队列当中等待。
• 调用prestartAllCoreThreads()或者prestartCoreThread()方法，可以预创建线程，即在没有任务到来之前就创建corePoolSize个线程或者一个线程

maxPoolSize

• 当线程数大于或等于核心线程，且任务队列已满时，线程池会创建新的线程，直到线程数量达到maxPoolSize。
• 如果线程数已等于maxPoolSize，且任务队列已满，则已超出线程池的处理能力，线程池会拒绝处理任务而抛出异常。

keepAliveTime & unit

当线程空闲时间达到keepAliveTime，单位unit时，该线程会退出，直到线程数量等于corePoolSize。

workQueue

任务队列，一个阻塞队列，用来存储等待执行的任务，建议workQueue不要使用无界队列，尽量使用有界队列。避免大量任务等待，造成OOM。支持有界的阻塞队列有ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue。

threadFactory

线程工厂，通过这个参数你可以自定义如何创建线程，例如你可以给线程指定一个有意义的名字。

handler

拒绝策略。如果线程池中所有的线程都在忙碌，并且工作队列也满了（前提是工作队列是有界队列），那么此时提交任务，线程池就会拒绝接收，可以通过 handler 这个参数来指定拒绝的策略。ThreadPoolExecutor 已经提供了以下 4 种策略：

• ThreadPoolExecutor.AbortPolicy：默认的拒绝策略。丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
• ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：丢弃任务，但是不抛出异常。
• ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列等待最久的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
• ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：直接在execute方法的调用线程中运行被拒绝的任务。

常用方法

提交任务方法

void execute(Runnable command)：提交任务给线程池执行，任务无返回值
Future<?> submit(Runnable task)：由于Runnable接口没有返回值，所以Future返回值执行get()方法返回值为null，作用只是等待，类似于join
<T> Future<T> submit(Runnable task, T result)：由于Runnable没有返回值，所以额外提供了一个参数，作为返回值。
<T> Future<T> submit(Callable<T> task)：提交任务给线程池执行，能够返回执行结果。

其他方法

void allowCoreThreadTimeOut(boolean value)：是否允许核心线程超时，默认false。
shutdown（）：关闭线程池，等待任务都执行完
shutdownNow（）：关闭线程池，不等待任务执行完，并返回等待执行的任务列表。
getTaskCount（）：线程池已执行和未执行的任务总数
getCompletedTaskCount（）：已完成的任务数量
getPoolSize（）：线程池当前的线程数量
getActiveCount（）：当前线程池中正在执行任务的线程数量

线程池任务的执行流程

线程池任务的一般执行流程图如下图所示：

线程池初始化示例

下面是一个线程池初始化的示例，仅供参考

// 初始化示例
private static final ThreadPoolExecutor pool;

static {
    ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("po-detail-pool-%d").build();
    pool = new ThreadPoolExecutor(
            4,
            8, 
            60L, 
            TimeUnit.MILLISECONDS, 
            new LinkedBlockingQueue<>(512),
            threadFactory, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
    pool.allowCoreThreadTimeOut(true);
}

初始化参数含义解释：

• threadFactory：给出带业务语义的线程命名。
• corePoolSize：快速启动4个线程处理该业务，是足够的。
• maximumPoolSize：IO密集型业务，我的服务器是4C8G的，所以4*2=8。
• keepAliveTime：服务器资源紧张，让空闲的线程快速释放。
• pool.allowCoreThreadTimeOut(true)：也是为了在可以的时候，让线程释放，释放资源。
• workQueue：一个任务的执行时长在100~300ms，业务高峰期8个线程，按照10s超时（已经很高了）。10s钟，8个线程，可以处理10 1000ms / 200ms 8 = 400个任务左右，往上再取一点，512已经很多了。
• handler：极端情况下，一些任务只能丢弃，保护服务端。

线程池使用注意事项

• 避免使用Executors类创建线程池，会有OOM风险。
• 创建线程或线程池时请指定有意义的线程名称，方便出错时回溯。即threadFactory参数要构造好。
• 建议不同类别的业务用不同的线程池，至于线程池的数量，各自计算各自的，然后去做压测。
• workQueue不要使用无界队列，尽量使用有界队列。避免大量任务等待，造成OOM。支持有界的阻塞队列有ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue。
• 如果是资源紧张的应用，使用allowsCoreThreadTimeOut可以提高资源利用率。
• 虽然使用线程池有多种异常处理的方式，但在任务代码中，使用try-catch最通用，也能给不同任务的异常处理做精细化。
• 线程池默认的拒绝策略会 throw RejectedExecutionException 这是个运行时异常，对于运行时异常编译器并不强制 catch 它，所以开发人员很容易忽略。因此默认拒绝策略要慎重使用。如果线程池处理的任务非常重要，建议自定义自己的拒绝策略；并且在实际工作中，自定义的拒绝策略往往和降级策略配合使用。
• CPU密集型任务，最大线程数初始值可以配置N+1。I/O密集型任务，最大线程数初始值可以配置2N。之后再可以根据压测来调整。

参考资料

• 10问10答：你真的了解线程池吗？
• 图解 | 你管这破玩意叫线程池？
• Executor与线程池：如何创建正确的线程池？- 极客时间