作者 | 王磊

來源 | Java中文社群（ID：javacn666）

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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 個月翻一番，因此 CPU 上的晶體管數(shù)量會越來越多。

但隨著時間的推移，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?，與之相對應的多線程編程也開始變得普及和流行起來，這當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制。它是將多個線程預先存儲在一個“池子”內(nèi)，當有任務出現(xiàn)時可以避免重新創(chuàng)建和銷毀線程所帶來性能開銷，只需要從“池子”內(nèi)取出相應的線程執(zhí)行對應的任務即可。

池化思想在計算機的應用也比較廣泛，比如以下這些：

內(nèi)存池(Memory Pooling)：預先申請內(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。
實例池(Object Pooling)：循環(huán)使用對象，減少資源在初始化和釋放時的昂貴損耗。

線程池的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下 4 點：

降低資源消耗：通過池化技術(shù)重復利用已創(chuàng)建的線程，降低線程創(chuàng)建和銷毀造成的損耗。
提高響應速度：任務到達時，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，不僅會消耗系統(tǒng)資源，還會因為線程的不合理分布導致資源調(diào)度失衡，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。使用線程池可以進行統(tǒng)一的分配、調(diào)優(yōu)和監(jiān)控。
提供更多更強大的功能：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。比如延時定時線程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允許任務延期執(zhí)行或定期執(zhí)行。

同時阿里巴巴在其《Java開發(fā)手冊》中也強制規(guī)定：線程資源必須通過線程池提供，不允許在應用中自行顯式創(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)，超出的線程會在隊列中等待；
Executors.newCachedThreadPool：創(chuàng)建一個可緩存的線程池，若線程數(shù)超過處理所需，緩存一段時間后會回收，若線程數(shù)不夠，則新建線程；
Executors.newSingleThreadExecutor：創(chuàng)建單個線程數(shù)的線程池，它可以保證先進先出的執(zhí)行順序；
Executors.newScheduledThreadPool：創(chuàng)建一個可以執(zhí)行延遲任務的線程池；
Executors.newSingleThreadScheduledExecutor：創(chuàng)建一個單線程的可以執(zhí)行延遲任務的線程池；
Executors.newWorkStealingPool：創(chuàng)建一個搶占式執(zhí)行的線程池（任務執(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 個參數(shù)可供設置，后面會詳細講。

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，但提供了工作隊列，生命周期管理，工作線程維護等功能。

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)，超出的線程會在隊列中等待。

使用示例如下：

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

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

????//?線程池執(zhí)行任務(一次添加?4?個任務)
????//?執(zhí)行任務的方法有兩種: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
????threadPool.execute(()?->?{
????????System.out.println("任務被執(zhí)行,線程:"?+?Thread.currentThread().getName());
????});
}

2.CachedThreadPool

創(chuàng)建一個可緩存的線程池，若線程數(shù)超過處理所需，緩存一段時間后會回收，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
????for?(int?i?=?0;?i?10;?i++)?{
????????threadPool.execute(()?->?{
????????????System.out.println("任務被執(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 個線程來執(zhí)行相應的任務。

3.SingleThreadExecutor

創(chuàng)建單個線程數(shù)的線程池，它可以保證先進先出的執(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
????for?(int?i?=?0;?i?10;?i++)?{
????????final?int?index?=?i;
????????threadPool.execute(()?->?{
????????????System.out.println(index?+?":任務被執(zhí)行");
????????????try?{
????????????????TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????}
????????});
????}
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

4.ScheduledThreadPool

創(chuàng)建一個可以執(zhí)行延遲任務的線程池。

使用示例如下：

public?static?void?scheduledThreadPool()?{
????//?創(chuàng)建線程池
????ScheduledExecutorService?threadPool?=?Executors.newScheduledThreadPool(5);
????//?添加定時執(zhí)行任務(1s?后執(zhí)行)
????System.out.println("添加任務,時間:"?+?new?Date());
????threadPool.schedule(()?->?{
????????System.out.println("任務被執(zhí)行,時間:"?+?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，任務在 1 秒之后被執(zhí)行了，符合我們的預期。

5.SingleThreadScheduledExecutor

創(chuàng)建一個單線程的可以執(zhí)行延遲任務的線程池。

使用示例如下：

public?static?void?SingleThreadScheduledExecutor()?{
????//?創(chuàng)建線程池
????ScheduledExecutorService?threadPool?=?Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
????//?添加定時執(zhí)行任務(2s?后執(zhí)行)
????System.out.println("添加任務,時間:"?+?new?Date());
????threadPool.schedule(()?->?{
????????System.out.println("任務被執(zhí)行,時間:"?+?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，任務在 2 秒之后被執(zhí)行了，符合我們的預期。

6.newWorkStealingPool

創(chuàng)建一個搶占式執(zhí)行的線程池（任務執(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
????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，任務的執(zhí)行順序是不確定的，因為它是搶占式執(zhí)行的。

7.ThreadPoolExecutor

最原始的創(chuàng)建線程池的方式，它包含了 7 個參數(shù)可供設置。

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
????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 最多可以設置 7 個參數(shù)，如下代碼所示：

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

7 個參數(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)，當線程池的任務隊列滿了之后可以創(chuàng)建的最大線程數(shù)。

參數(shù) 3：keepAliveTime

最大線程數(shù)可以存活的時間，當線程中沒有任務執(zhí)行時，最大線程就會銷毀一部分，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 存活時間配合使用的，合在一起用于設定線程的存活時間，參數(shù) keepAliveTime 的時間單位有以下 7 種可選：

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

參數(shù) 5：workQueue

一個阻塞隊列，用來存儲線程池等待執(zhí)行的任務，均為線程安全，它包含以下 7 種類型：

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

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

參數(shù) 6：threadFactory

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

參數(shù) 7：handler

拒絕策略，拒絕處理任務時的策略，系統(tǒng)提供了 4 種可選：

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

默認策略為 AbortPolicy。

線程池的執(zhí)行流程

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

當線程數(shù)小于核心線程數(shù)時，創(chuàng)建線程。
當線程數(shù)大于等于核心線程數(shù)，且任務隊列未滿時，將任務放入任務隊列。
當線程數(shù)大于等于核心線程數(shù)，且任務隊列已滿：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。

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，它會忽略并拋棄當前任務的策略，實現(xiàn)代碼如下：

public?static?void?main(String[]?args)?{
????//?任務的具體方法
????Runnable?runnable?=?new?Runnable()?{
????????@Override
????????public?void?run()?{
????????????System.out.println("當前任務被執(zhí)行,執(zhí)行時間:"?+?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,線程的任務隊列的長度為?1
????ThreadPoolExecutor?threadPool?=?new?ThreadPoolExecutor(1,?1,
???????????????????????????????????????????????????????????100,?TimeUnit.SECONDS,?new?LinkedBlockingQueue<>(1),
???????????????????????????????????????????????????????????new?ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());
????//?添加并執(zhí)行?4?個任務
????threadPool.execute(runnable);
????threadPool.execute(runnable);
????threadPool.execute(runnable);
????threadPool.execute(runnable);
}

我們創(chuàng)建了一個核心線程數(shù)和最大線程數(shù)都為 1 的線程池，并且給線程池的任務隊列設置為 1，這樣當我們有 2 個以上的任務時就會觸發(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任務被正確執(zhí)行了，其他多余的任務就被舍棄并忽略了。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)?{
????//?任務的具體方法
????Runnable?runnable?=?new?Runnable()?{
????????@Override
????????public?void?run()?{
????????????System.out.println("當前任務被執(zhí)行,執(zhí)行時間:"?+?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,線程的任務隊列的長度為?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?個任務
????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)過以上的學習我們對整個線程池也有了一定的認識了，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更加明確線程池的運行規(guī)則，規(guī)避資源耗盡的風險。
說明：Executors 返回的線程池對象的弊端如下：
1） FixedThreadPool 和 SingleThreadPool：允許的請求隊列長度為 Integer.MAX_VALUE，可能會堆積大量的請求，從而導致 OOM。
2）CachedThreadPool：允許的創(chuàng)建線程數(shù)量為 Integer.MAX_VALUE，可能會創(chuàng)建大量的線程，從而導致 OOM。

所以綜上情況所述，我們推薦使用 ThreadPoolExecutor?的方式進行線程池的創(chuàng)建，因為這種創(chuàng)建方式更可控，并且更加明確了線程池的運行規(guī)則，可以規(guī)避一些未知的風險。

總結(jié)

本文我們介紹了線程池的 7 種創(chuàng)建方式，其中最推薦使用的是 ThreadPoolExecutor 的方式進行線程池的創(chuàng)建，ThreadPoolExecutor 最多可以設置 7 個參數(shù)，當然設置 5 個參數(shù)也可以正常使用，ThreadPoolExecutor 當任務過多（處理不過來）時提供了 4 種拒絕策略，當然我們也可以自定義拒絕策略，希望本文的內(nèi)容能幫助到你。原創(chuàng)不易，覺得不錯就點個贊再走吧！

參考 & 鳴謝

https://tech.meituan.com/2020/04/02/java-pooling-pratice-in-meituan.html

https://www.cnblogs.com/pcheng/p/13540619.html


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什么是線程池？

線程池使用

1.FixedThreadPool

2.CachedThreadPool

3.SingleThreadExecutor

4.ScheduledThreadPool

5.SingleThreadScheduledExecutor

6.newWorkStealingPool

7.ThreadPoolExecutor

ThreadPoolExecutor 參數(shù)介紹

參數(shù) 1：corePoolSize

參數(shù) 2：maximumPoolSize

參數(shù) 3：keepAliveTime

參數(shù) 4：unit:

參數(shù) 5：workQueue

參數(shù) 6：threadFactory

參數(shù) 7：handler

線程池的執(zhí)行流程

線程拒絕策略

自定義拒絕策略

究竟選用哪種線程池？

總結(jié)

參考 & 鳴謝

線程池的7種創(chuàng)建方式，強烈推薦你用它...

什么是線程池？

究竟選用哪種線程池？