一、線程池的背景

Java線程的創建非常昂貴，需要JVM和OS（操作系統）配合完成大量的工作：

（1）必須為線程堆棧分配和初始化大量內存塊，其中包含至少1MB的棧內存。

（2）需要進行系統調用，以便在OS（操作系統）中創建和注冊本地線程。Java高并發應用頻繁創建和銷毀線程的操作是非常低效的，而且是不被編程規范所允許的。如何降低Java線程的創建成本？必須使用到線程池。

線程池主要解決了以下兩個問題：

（1）提升性能：線程池能獨立負責線程的創建、維護和分配。在執行大量異步任務時，可以不需要自己創建線程，而是將任務交給線程池去調度。線程池能盡可能使用空閑的線程去執行異步任務，最大限度地對已經創建的線程進行復用，使得性能提升明顯。

（2）線程管理：每個Java線程池會保持一些基本的線程統計信息，例如完成的任務數量、空閑時間等，以便對線程進行有效管理，使得能對所接收到的異步任務進行高效調度。

二、JUC（java.util.concurrent）的線程池架構

線程池的創建方式

無論在線程池上面做多少封裝，都是要最終調用到下面的構造方法

/*** Creates a new {@code ThreadPoolExecutor} with the given initial* parameters.** @param corePoolSize the number of threads to keep in the pool, even* if they are idle, unless {@code allowCoreThreadTimeOut} is set* @param maximumPoolSize the maximum number of threads to allow in the* pool* @param keepAliveTime when the number of threads is greater than* the core, this is the maximum time that excess idle threads* will wait for new tasks before terminating.* @param unit the time unit for the {@code keepAliveTime} argument* @param workQueue the queue to use for holding tasks before they are* executed. This queue will hold only the {@code Runnable}* tasks submitted by the {@code execute} method.* @param threadFactory the factory to use when the executor* creates a new thread* @param handler the handler to use when execution is blocked* because the thread bounds and queue capacities are reached* @throws IllegalArgumentException if one of the following holds:<br>* {@code corePoolSize < 0}<br>* {@code keepAliveTime < 0}<br>* {@code maximumPoolSize <= 0}<br>* {@code maximumPoolSize < corePoolSize}* @throws NullPointerException if {@code workQueue}* or {@code threadFactory} or {@code handler} is null*/public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler) {if (corePoolSize < 0 ||maximumPoolSize <= 0 ||maximumPoolSize < corePoolSize ||keepAliveTime < 0)throw new IllegalArgumentException();if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)throw new NullPointerException();this.corePoolSize = corePoolSize;this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;this.workQueue = workQueue;this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);this.threadFactory = threadFactory;this.handler = handler;}

線程創建調度流程

線程池的隊列

?Java中的阻塞隊列（BlockingQueue）與普通隊列相比有一個重要的特點：在阻塞隊列為空時會阻塞當前線程的元素獲取操作。具體來說，在一個線程從一個空的阻塞隊列中獲取元素時線程會被阻塞，直到阻塞隊列中有了元素；當隊列中有元素后，被阻塞的線程會自動被喚醒（喚醒過程不需要用戶程序干預）。Java線程池使用BlockingQueue實例暫時接收到的異步任務，BlockingQueue是JUC包的一個超級接口，比較常用的實現類有：

（1）ArrayBlockingQueue：是一個數組實現的有界阻塞隊列（有界隊列），隊列中的元素按FIFO排序。ArrayBlockingQueue在創建時必須設置大小，接收的任務超出corePoolSize數量時，任務被緩存到該阻塞隊列中，任務緩存的數量只能為創建時設置的大小，若該阻塞隊列已滿，則會為新的任務創建線程，直到線程池中的線程總數大于maximumPoolSize。

（2）LinkedBlockingQueue：是一個基于鏈表實現的阻塞隊列，按FIFO排序任務，可以設置容量（有界隊列），不設置容量則默認使用Integer.Max_VALUE作為容量（無界隊列）。該隊列的吞吐量高于ArrayBlockingQueue。如果不設置LinkedBlockingQueue的容量（無界隊列），當接收的任務數量超出corePoolSize時，則新任務可以被無限制地緩存到該阻塞隊列中，直到資源耗盡。有兩個快捷創建線程池的工廠方法Executors.newSingleThreadExecutor和Executors.newFixedThreadPool使用了這個隊列，并且都沒有設置容量（無界隊列）。

（3）PriorityBlockingQueue：是具有優先級的無界隊列。

（4）DelayQueue：這是一個無界阻塞延遲隊列，底層基于PriorityBlockingQueue實現，隊列中每個元素都有過期時間，當從隊列獲取元素（元素出隊）時，只有已經過期的元素才會出隊，隊列頭部的元素是過期最快的元素。快捷工廠方法Executors.newScheduledThreadPool所創建的線程池使用此隊列。

（5）SynchronousQueue：（同步隊列）是一個不存儲元素的阻塞隊列，每個插入操作必須等到另一個線程的調用移除操作，否則插入操作一直處于阻塞狀態，其吞吐量通常高于LinkedBlockingQueue。快捷工廠方法Executors.newCachedThreadPool所創建的線程池使用此隊列。與前面的隊列相比，這個隊列比較特殊，它不會保存提交的任務，而是直接新建一個線程來執行新來的任務

線程池拒絕策略

在線程池的任務緩存隊列為有界隊列（有容量限制的隊列）的時候，如果隊列滿了，提交任務到線程池的時候就會被拒絕。總體來說，任務被拒絕有兩種情況：（1）線程池已經被關閉。（2）工作隊列已滿且maximumPoolSize已滿。

（1）AbortPolicy使用該策略時，如果線程池隊列滿了，新任務就會被拒絕，并且拋出RejectedExecutionException異常。該策略是線程池默認的拒絕策略。

（2）DiscardPolicy該策略是AbortPolicy的Silent（安靜）版本，如果線程池隊列滿了，新任務就會直接被丟掉，并且不會有任何異常拋出。

（3）DiscardOldestPolicy拋棄最老任務策略，也就是說如果隊列滿了，就會將最早進入隊列的任務拋棄，從隊列中騰出空間，再嘗試加入隊列。因為隊列是隊尾進隊頭出，隊頭元素是最老的，所以每次都是移除隊頭元素后再嘗試入隊。

（4）CallerRunsPolicy調用者執行策略。在新任務被添加到線程池時，如果添加失敗，那么提交任務線程會自己去執行該任務，不會使用線程池中的線程去執行新任務。在以上4種內置策略中，線程池默認的拒絕策略為AbortPolicy，如果提交的任務被拒絕，線程池就會拋出RejectedExecutionException異常，該異常是非受檢異常（運行時異常），很容易忘記捕獲。如果關心任務被拒絕的事件，需要在提交任務時捕獲RejectedExecutionException異常。

（5）自定義策略如果以上拒絕策略都不符合需求，那么可自定義一個拒絕策略，實現RejectedExecutionHandler接口的rejectedExecution方法即可。

線程池狀態轉換

確定線程池的線程數

（1）由于IO密集型任務的CPU使用率較低，導致線程空余時間很多，因此通常需要開CPU核心數兩倍的線程。當IO線程空閑時，可以啟用其他線程繼續使用CPU，以提高CPU的使用率。

（2）CPU密集型任務也叫計算密集型任務，其特點是要進行大量計算而需要消耗CPU資源，比如計算圓周率、對視頻進行高清解碼等。CPU密集型任務雖然也可以并行完成，但是并行的任務越多，花在任務切換的時間就越多，CPU執行任務的效率就越低，所以要最高效地利用CPU，CPU密集型任務并行執行的數量應當等于CPU的核心數。

（3）混合型任務

最佳線程數目=（線程等待時間與線程cpu時間之比+1）*cpu核數

與50位技術專家面對面20年技術見證，附贈技術全景圖

總結

以上是生活随笔為你收集整理的线程池实战的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。