前言

根據(jù)摩爾定律所說：集成電路上可容納的晶體管數(shù)量每 18 個(gè)月翻一番，因此 CPU 上的晶體管數(shù)量會(huì)越來越多。

但隨著時(shí)間的推移，集成電路上可容納的晶體管數(shù)量已趨向飽和，摩爾定律也漸漸失效，因此多核 CPU 逐漸變?yōu)橹髁?，與之相對應(yīng)的多線程編程也開始變得普及和流行起來，這當(dāng)然也是很久之前的事了，對于現(xiàn)在而言多線程編程已經(jīng)成為程序員必備的職業(yè)技能了，那接下來我們就來盤一盤“線程池”這個(gè)多線程編程中最重要的話題。

什么是線程池？

線程池（ThreadPool）是一種基于池化思想管理和使用線程的機(jī)制。它是將多個(gè)線程預(yù)先存儲(chǔ)在一個(gè)“池子”內(nèi)，當(dāng)有任務(wù)出現(xiàn)時(shí)可以避免重新創(chuàng)建和銷毀線程所帶來性能開銷，只需要從“池子”內(nèi)取出相應(yīng)的線程執(zhí)行對應(yīng)的任務(wù)即可。

池化思想在計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也比較廣泛，比如以下這些：

• 內(nèi)存池(Memory Pooling)：預(yù)先申請內(nèi)存，提升申請內(nèi)存速度，減少內(nèi)存碎片。
• 連接池(Connection Pooling)：預(yù)先申請數(shù)據(jù)庫連接，提升申請連接的速度，降低系統(tǒng)的開銷。
• 實(shí)例池(Object Pooling)：循環(huán)使用對象，減少資源在初始化和釋放時(shí)的昂貴損耗。

線程池的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下 4 點(diǎn)：

• 降低資源消耗：通過池化技術(shù)重復(fù)利用已創(chuàng)建的線程，降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的損耗。
• 提高響應(yīng)速度：任務(wù)到達(dá)時(shí)，無需等待線程創(chuàng)建即可立即執(zhí)行。
• 提高線程的可管理性：線程是稀缺資源，如果無限制創(chuàng)建，不僅會(huì)消耗系統(tǒng)資源，還會(huì)因?yàn)榫€程的不合理分布導(dǎo)致資源調(diào)度失衡，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使用線程池可以進(jìn)行統(tǒng)一的分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。
• 提供更多更強(qiáng)大的功能：線程池具備可拓展性，允許開發(fā)人員向其中增加更多的功能。比如延時(shí)定時(shí)線程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允許任務(wù)延期執(zhí)行或定期執(zhí)行。

同時(shí)阿里巴巴在其《Java開發(fā)手冊》中也強(qiáng)制規(guī)定：線程資源必須通過線程池提供，不允許在應(yīng)用中自行顯式創(chuàng)建線程。

說明：線程池的好處是減少在創(chuàng)建和銷毀線程上所消耗的時(shí)間以及系統(tǒng)資源的開銷，解決資源不足的問題。如果不使用線程池，有可能造成系統(tǒng)創(chuàng)建大量同類線程而導(dǎo)致消耗完內(nèi)存或者“過度切換”的問題。

知道了什么是線程池以及為什要用線程池之后，我們再來看怎么用線程池。

線程池使用

線程池的創(chuàng)建方法總共有 7 種，但總體來說可分為 2 類：

• 一類是通過 ThreadPoolExecutor 創(chuàng)建的線程池；
• 另一個(gè)類是通過 Executors 創(chuàng)建的線程池。

線程池的創(chuàng)建方式總共包含以下 7 種（其中 6 種是通過 Executors 創(chuàng)建的，1 種是通過ThreadPoolExecutor 創(chuàng)建的）：

• Executors.newFixedThreadPool：創(chuàng)建一個(gè)固定大小的線程池，可控制并發(fā)的線程數(shù)，超出的線程會(huì)在隊(duì)列中等待；
• Executors.newCachedThreadPool：創(chuàng)建一個(gè)可緩存的線程池，若線程數(shù)超過處理所需，緩存一段時(shí)間后會(huì)回收，若線程數(shù)不夠，則新建線程；
• Executors.newSingleThreadExecutor：創(chuàng)建單個(gè)線程數(shù)的線程池，它可以保證先進(jìn)先出的執(zhí)行順序；
• Executors.newScheduledThreadPool：創(chuàng)建一個(gè)可以執(zhí)行延遲任務(wù)的線程池；
• Executors.newSingleThreadScheduledExecutor：創(chuàng)建一個(gè)單線程的可以執(zhí)行延遲任務(wù)的線程池；
• Executors.newWorkStealingPool：創(chuàng)建一個(gè)搶占式執(zhí)行的線程池（任務(wù)執(zhí)行順序不確定）【JDK 1.8 添加】。
• ThreadPoolExecutor：最原始的創(chuàng)建線程池的方式，它包含了 7 個(gè)參數(shù)可供設(shè)置，后面會(huì)詳細(xì)講。

單線程池的意義從以上代碼可以看出 newSingleThreadExecutor 和 newSingleThreadScheduledExecutor 創(chuàng)建的都是單線程池，那么單線程池的意義是什么呢？答：雖然是單線程池，但提供了工作隊(duì)列，生命周期管理，工作線程維護(hù)等功能。

那接下來我們來看每種線程池創(chuàng)建的具體使用。

1.FixedThreadPool

創(chuàng)建一個(gè)固定大小的線程池，可控制并發(fā)的線程數(shù)，超出的線程會(huì)在隊(duì)列中等待。

使用示例如下：

public static void fixedThreadPool() {
    // 創(chuàng)建 2 個(gè)數(shù)據(jù)級的線程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);

    // 創(chuàng)建任務(wù)
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("任務(wù)被執(zhí)行,線程:" + Thread.currentThread().getName());
        }
    };

    // 線程池執(zhí)行任務(wù)(一次添加 4 個(gè)任務(wù))
    // 執(zhí)行任務(wù)的方法有兩種:submit 和 execute
    threadPool.submit(runnable);  // 執(zhí)行方式 1:submit
    threadPool.execute(runnable); // 執(zhí)行方式 2:execute
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

如果覺得以上方法比較繁瑣，還用更簡單的使用方法，如下代碼所示：

public static void fixedThreadPool() {
    // 創(chuàng)建線程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
    // 執(zhí)行任務(wù)
    threadPool.execute(() -> {
        System.out.println("任務(wù)被執(zhí)行,線程:" + Thread.currentThread().getName());
    });
}

2.CachedThreadPool

創(chuàng)建一個(gè)可緩存的線程池，若線程數(shù)超過處理所需，緩存一段時(shí)間后會(huì)回收，若線程數(shù)不夠，則新建線程。

使用示例如下：

public static void cachedThreadPool() {
    // 創(chuàng)建線程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
    // 執(zhí)行任務(wù)
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        threadPool.execute(() -> {
            System.out.println("任務(wù)被執(zhí)行,線程:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        });
    }
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

從上述結(jié)果可以看出，線程池創(chuàng)建了 10 個(gè)線程來執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。

3.SingleThreadExecutor

創(chuàng)建單個(gè)線程數(shù)的線程池，它可以保證先進(jìn)先出的執(zhí)行順序。

使用示例如下：

public static void singleThreadExecutor() {
    // 創(chuàng)建線程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
    // 執(zhí)行任務(wù)
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        final int index = i;
        threadPool.execute(() -> {
            System.out.println(index + ":任務(wù)被執(zhí)行");
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
            }
        });
    }
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

4.ScheduledThreadPool

創(chuàng)建一個(gè)可以執(zhí)行延遲任務(wù)的線程池。

使用示例如下：

public static void scheduledThreadPool() {
    // 創(chuàng)建線程池
    ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
    // 添加定時(shí)執(zhí)行任務(wù)(1s 后執(zhí)行)
    System.out.println("添加任務(wù),時(shí)間:" + new Date());
    threadPool.schedule(() -> {
        System.out.println("任務(wù)被執(zhí)行,時(shí)間:" + new Date());
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }, 1, TimeUnit.SECONDS);
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

從上述結(jié)果可以看出，任務(wù)在 1 秒之后被執(zhí)行了，符合我們的預(yù)期。

5.SingleThreadScheduledExecutor

創(chuàng)建一個(gè)單線程的可以執(zhí)行延遲任務(wù)的線程池。

使用示例如下：

public static void SingleThreadScheduledExecutor() {
    // 創(chuàng)建線程池
    ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
    // 添加定時(shí)執(zhí)行任務(wù)(2s 后執(zhí)行)
    System.out.println("添加任務(wù),時(shí)間:" + new Date());
    threadPool.schedule(() -> {
        System.out.println("任務(wù)被執(zhí)行,時(shí)間:" + new Date());
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }, 2, TimeUnit.SECONDS);
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

從上述結(jié)果可以看出，任務(wù)在 2 秒之后被執(zhí)行了，符合我們的預(yù)期。

6.newWorkStealingPool

創(chuàng)建一個(gè)搶占式執(zhí)行的線程池（任務(wù)執(zhí)行順序不確定），注意此方法只有在 JDK 1.8+ 版本中才能使用。

使用示例如下：

public static void workStealingPool() {
    // 創(chuàng)建線程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newWorkStealingPool();
    // 執(zhí)行任務(wù)
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        final int index = i;
        threadPool.execute(() -> {
            System.out.println(index + " 被執(zhí)行,線程名:" + Thread.currentThread().getName());
        });
    }
    // 確保任務(wù)執(zhí)行完成
    while (!threadPool.isTerminated()) {
    }
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

從上述結(jié)果可以看出，任務(wù)的執(zhí)行順序是不確定的，因?yàn)樗菗屨际綀?zhí)行的。

7.ThreadPoolExecutor

最原始的創(chuàng)建線程池的方式，它包含了 7 個(gè)參數(shù)可供設(shè)置。

使用示例如下：

public static void myThreadPoolExecutor() {
    // 創(chuàng)建線程池
    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
    // 執(zhí)行任務(wù)
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        final int index = i;
        threadPool.execute(() -> {
            System.out.println(index + " 被執(zhí)行,線程名:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

ThreadPoolExecutor 參數(shù)介紹

ThreadPoolExecutor 最多可以設(shè)置 7 個(gè)參數(shù)，如下代碼所示：

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

7 個(gè)參數(shù)代表的含義如下：

參數(shù) 1：corePoolSize

核心線程數(shù)，線程池中始終存活的線程數(shù)。

參數(shù) 2：maximumPoolSize

最大線程數(shù)，線程池中允許的最大線程數(shù)，當(dāng)線程池的任務(wù)隊(duì)列滿了之后可以創(chuàng)建的最大線程數(shù)。

參數(shù) 3：keepAliveTime

最大線程數(shù)可以存活的時(shí)間，當(dāng)線程中沒有任務(wù)執(zhí)行時(shí)，最大線程就會(huì)銷毀一部分，最終保持核心線程數(shù)量的線程。

參數(shù) 4：unit:

單位是和參數(shù) 3 存活時(shí)間配合使用的，合在一起用于設(shè)定線程的存活時(shí)間 ，參數(shù) keepAliveTime 的時(shí)間單位有以下 7 種可選：

• TimeUnit.DAYS：天
• TimeUnit.HOURS：小時(shí)
• TimeUnit.MINUTES：分
• TimeUnit.SECONDS：秒
• TimeUnit.MILLISECONDS：毫秒
• TimeUnit.MICROSECONDS：微妙
• TimeUnit.NANOSECONDS：納秒

參數(shù) 5：workQueue

一個(gè)阻塞隊(duì)列，用來存儲(chǔ)線程池等待執(zhí)行的任務(wù)，均為線程安全，它包含以下 7 種類型：

• ArrayBlockingQueue：一個(gè)由數(shù)組結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列。
• LinkedBlockingQueue：一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊(duì)列。
• SynchronousQueue：一個(gè)不存儲(chǔ)元素的阻塞隊(duì)列，即直接提交給線程不保持它們。
• PriorityBlockingQueue：一個(gè)支持優(yōu)先級排序的無界阻塞隊(duì)列。
• DelayQueue：一個(gè)使用優(yōu)先級隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的無界阻塞隊(duì)列，只有在延遲期滿時(shí)才能從中提取元素。
• LinkedTransferQueue：一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞隊(duì)列。與SynchronousQueue類似，還含有非阻塞方法。
• LinkedBlockingDeque：一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的雙向阻塞隊(duì)列。

較常用的是 LinkedBlockingQueue 和 Synchronous，線程池的排隊(duì)策略與 BlockingQueue 有關(guān)。

參數(shù) 6：threadFactory

線程工廠，主要用來創(chuàng)建線程，默認(rèn)為正常優(yōu)先級、非守護(hù)線程。

參數(shù) 7：handler

拒絕策略，拒絕處理任務(wù)時(shí)的策略，系統(tǒng)提供了 4 種可選：

• AbortPolicy：拒絕并拋出異常。
• CallerRunsPolicy：使用當(dāng)前調(diào)用的線程來執(zhí)行此任務(wù)。
• DiscardOldestPolicy：拋棄隊(duì)列頭部（最舊）的一個(gè)任務(wù)，并執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)。
• DiscardPolicy：忽略并拋棄當(dāng)前任務(wù)。

默認(rèn)策略為 AbortPolicy。

線程池的執(zhí)行流程

ThreadPoolExecutor 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行流程如下：

• 當(dāng)線程數(shù)小于核心線程數(shù)時(shí)，創(chuàng)建線程。
• 當(dāng)線程數(shù)大于等于核心線程數(shù)，且任務(wù)隊(duì)列未滿時(shí)，將任務(wù)放入任務(wù)隊(duì)列。
• 當(dāng)線程數(shù)大于等于核心線程數(shù)，且任務(wù)隊(duì)列已滿：若線程數(shù)小于最大線程數(shù)，創(chuàng)建線程；若線程數(shù)等于最大線程數(shù)，拋出異常，拒絕任務(wù)。

線程池的執(zhí)行流程如下圖所示：

線程拒絕策略

我們來演示一下 ThreadPoolExecutor 的拒絕策略的觸發(fā)，我們使用 DiscardPolicy 的拒絕策略，它會(huì)忽略并拋棄當(dāng)前任務(wù)的策略，實(shí)現(xiàn)代碼如下：

public static void main(String[] args) {
    // 任務(wù)的具體方法
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("當(dāng)前任務(wù)被執(zhí)行,執(zhí)行時(shí)間:" + new Date() +
                               " 執(zhí)行線程:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                // 等待 1s
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    };
    // 創(chuàng)建線程,線程的任務(wù)隊(duì)列的長度為 1
    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                                           100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1),
                                                           new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
    // 添加并執(zhí)行 4 個(gè)任務(wù)
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
}

我們創(chuàng)建了一個(gè)核心線程數(shù)和最大線程數(shù)都為 1 的線程池，并且給線程池的任務(wù)隊(duì)列設(shè)置為 1，這樣當(dāng)我們有 2 個(gè)以上的任務(wù)時(shí)就會(huì)觸發(fā)拒絕策略，執(zhí)行的結(jié)果如下圖所示：

從上述結(jié)果可以看出只有兩個(gè)任務(wù)被正確執(zhí)行了，其他多余的任務(wù)就被舍棄并忽略了。其他拒絕策略的使用類似，這里就不一一贅述了。

自定義拒絕策略

除了 Java 自身提供的 4 種拒絕策略之外，我們也可以自定義拒絕策略，示例代碼如下：

public static void main(String[] args) {
    // 任務(wù)的具體方法
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            System.out.println("當(dāng)前任務(wù)被執(zhí)行,執(zhí)行時(shí)間:" + new Date() +
                               " 執(zhí)行線程:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
                // 等待 1s
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    };
    // 創(chuàng)建線程,線程的任務(wù)隊(duì)列的長度為 1
    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                                           100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1),
                                                           new RejectedExecutionHandler() {
                                                               @Override
                                                               public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
                                                                   // 執(zhí)行自定義拒絕策略的相關(guān)操作
                                                                   System.out.println("我是自定義拒絕策略~");
                                                               }
                                                           });
    // 添加并執(zhí)行 4 個(gè)任務(wù)
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
}

程序的執(zhí)行結(jié)果如下：

究竟選用哪種線程池？

經(jīng)過以上的學(xué)習(xí)我們對整個(gè)線程池也有了一定的認(rèn)識了，那究竟該如何選擇線程池呢？

我們來看下阿里巴巴《Java開發(fā)手冊》給我們的答案：

【強(qiáng)制】線程池不允許使用 Executors 去創(chuàng)建，而是通過 ThreadPoolExecutor 的方式，這樣的處理方式讓寫的同學(xué)更加明確線程池的運(yùn)行規(guī)則，規(guī)避資源耗盡的風(fēng)險(xiǎn)。
說明：Executors 返回的線程池對象的弊端如下：
1） FixedThreadPool 和 SingleThreadPool：允許的請求隊(duì)列長度為 Integer.MAX_VALUE，可能會(huì)堆積大量的請求，從而導(dǎo)致 OOM。
2）CachedThreadPool：允許的創(chuàng)建線程數(shù)量為 Integer.MAX_VALUE，可能會(huì)創(chuàng)建大量的線程，從而導(dǎo)致 OOM。

所以綜上情況所述，我們推薦使用 ThreadPoolExecutor 的方式進(jìn)行線程池的創(chuàng)建，因?yàn)檫@種創(chuàng)建方式更可控，并且更加明確了線程池的運(yùn)行規(guī)則，可以規(guī)避一些未知的風(fēng)險(xiǎn)。

到此這篇關(guān)于很多人竟然不知道Java線程池的創(chuàng)建方式有7種 的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java線程池創(chuàng)建內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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