Java线程池创建与使用全解析

本文深入解析Java线程池的创建与使用，旨在帮助开发者高效利用多线程技术。首先，介绍了通过`Executors`工厂类快速创建常用线程池的方法，如固定大小、可缓存、单线程及定时线程池，简化了线程池的初始化过程。更进一步，详细阐述了利用`ThreadPoolExecutor`自定义线程池，需要精细配置核心线程数、最大线程数、任务队列、拒绝策略等关键参数，这些参数直接影响线程池的性能和稳定性。同时，文中还探讨了如何选择合适的任务队列、监控线程池状态以及优雅地关闭线程池，为开发者提供了全面的线程池使用指南，避免资源浪费，提升系统并发能力。掌握Java线程池，优化程序性能，从本文开始。

使用Java创建线程池的核心是通过ExecutorService和ThreadPoolExecutor配置线程池参数。1.使用Executors工厂类可快速创建常用线程池，如固定大小、可缓存、单线程及定时线程池；2.通过ThreadPoolExecutor自定义线程池，需设置corePoolSize、maxPoolSize、keepAliveTime、workQueue、threadFactory和rejectedExecutionHandler等参数；3.合理配置参数影响性能，如corePoolSize过小导致CPU利用率低，maxPoolSize过大可能耗尽资源；4.任务队列选择需权衡吞吐量与内存安全，如LinkedBlockingQueue适合不确定任务数量，ArrayBlockingQueue防止OOM；5.通过getPoolSize、getActiveCount等方法监控线程池状态，及时调整参数；6.关闭线程池时建议先调用shutdown()，再通过awaitTermination()等待任务完成，必要时调用shutdownNow()强制关闭。

使用Java创建线程池，核心在于利用java.util.concurrent包下的ExecutorService和ThreadPoolExecutor。通过配置核心线程数、最大线程数、空闲线程存活时间等参数，可以创建出满足不同需求的线程池。简单来说，就是定义一个管理线程的池子，避免频繁创建和销毁线程带来的性能开销。

解决方案

1. 使用Executors工厂类创建线程池：

   

   Executors提供了一些静态方法，可以快速创建几种常用的线程池：

   • newFixedThreadPool(int nThreads)：创建一个固定大小的线程池，核心线程数和最大线程数相同，没有超时时间。
   • newCachedThreadPool()：创建一个可缓存的线程池，核心线程数为0，最大线程数为Integer.MAX_VALUE，空闲线程有超时时间（默认60秒）。 适合执行大量耗时较少的任务。
   • newSingleThreadExecutor()：创建一个单线程的线程池，所有任务都在同一个线程中执行。 保证任务的顺序执行。
   • newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：创建一个可以执行定时任务的线程池。

   例如：

   

   ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
   executor.execute(() -> {
       System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 执行任务");
   });
   executor.shutdown(); // 记得关闭线程池

2. 使用ThreadPoolExecutor类自定义线程池：

   这种方式更加灵活，可以自定义线程池的各种参数。

   int corePoolSize = 5;
   int maxPoolSize = 10;
   long keepAliveTime = 60L;
   TimeUnit timeUnit = TimeUnit.SECONDS;
   BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<>(100); // 任务队列
   ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory(); // 线程工厂
   RejectedExecutionHandler rejectedExecutionHandler = new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy(); // 拒绝策略
   
   ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
           corePoolSize,
           maxPoolSize,
           keepAliveTime,
           timeUnit,
           workQueue,
           threadFactory,
           rejectedExecutionHandler
   );
   
   executor.execute(() -> {
       System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " 执行任务");
   });
   executor.shutdown();

   关键参数解释：

   • corePoolSize：核心线程数，即使没有任务也会保持存活的线程数量。

   • maxPoolSize：最大线程数，线程池允许的最大线程数量。

   • keepAliveTime：空闲线程的存活时间，超过这个时间没有任务的线程会被回收。

   • timeUnit：keepAliveTime的时间单位。

   • workQueue：任务队列，用于存放等待执行的任务。

   • threadFactory：线程工厂，用于创建新的线程。 一般使用默认的即可。

   • rejectedExecutionHandler：拒绝策略，当任务队列满了且线程数达到最大值时，如何处理新提交的任务。

     • ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()：直接抛出RejectedExecutionException异常。
     • ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()：由提交任务的线程来执行该任务。
     • ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy()：直接丢弃该任务。
     • ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy()：丢弃队列中最老的任务，然后尝试执行当前任务。

线程池的核心参数如何影响性能？

线程池的配置直接影响着程序的并发能力和资源利用率。corePoolSize过小会导致CPU利用率不足，maxPoolSize过大则可能导致系统资源耗尽。任务队列workQueue的大小也需要仔细考虑，太小可能导致任务被拒绝，太大则可能导致内存溢出。选择合适的拒绝策略也至关重要，不同的策略适用于不同的场景。

例如，如果任务提交速度远大于任务执行速度，且允许丢弃部分任务，那么DiscardPolicy或DiscardOldestPolicy可能更合适。反之，如果希望所有任务都能被执行，那么CallerRunsPolicy可能更适合，但需要注意提交任务的线程可能会被阻塞。

如何选择合适的任务队列？

Java线程池提供了多种任务队列，包括：

• LinkedBlockingQueue：基于链表的无界队列，吞吐量较高，但可能导致OOM。
• ArrayBlockingQueue：基于数组的有界队列，可以有效防止OOM，但吞吐量相对较低。
• SynchronousQueue：不存储元素的队列，每个插入操作必须等待一个移除操作，吞吐量非常高，但容易导致线程频繁创建和销毁。
• PriorityBlockingQueue：具有优先级的无界队列，任务会按照优先级进行排序。

选择哪种队列取决于具体的应用场景。如果任务数量不确定，且对内存消耗不敏感，可以使用LinkedBlockingQueue。如果希望限制任务数量，防止OOM，可以使用ArrayBlockingQueue。如果任务执行时间较短，且对吞吐量要求较高，可以使用SynchronousQueue。

如何监控线程池的状态？

监控线程池的状态可以帮助我们了解线程池的运行情况，及时发现和解决问题。ThreadPoolExecutor提供了一些方法来获取线程池的状态信息，例如：

• getPoolSize()：获取线程池的当前线程数量。
• getActiveCount()：获取正在执行任务的线程数量。
• getQueue().size()：获取任务队列中的任务数量。
• getCompletedTaskCount()：获取已完成的任务数量。
• getTaskCount()：获取已提交的任务总数。

可以通过这些方法来监控线程池的线程数量、任务队列大小、任务执行情况等，并根据实际情况调整线程池的参数。例如，如果发现任务队列经常处于饱和状态，可以考虑增加maxPoolSize或调整任务队列的大小。

如何优雅地关闭线程池？

关闭线程池是一个重要的步骤，可以避免资源泄漏。ExecutorService提供了两种关闭线程池的方法：

• shutdown()：平滑关闭线程池，不再接受新的任务，但会等待已提交的任务执行完成。
• shutdownNow()：立即关闭线程池，尝试停止所有正在执行的任务，并返回等待执行的任务列表。

通常情况下，建议使用shutdown()方法来平滑关闭线程池。如果在关闭线程池后需要等待所有任务执行完成，可以使用awaitTermination()方法：

executor.shutdown();
try {
    if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
        executor.shutdownNow(); // 如果超时，强制关闭
    }
} catch (InterruptedException e) {
    executor.shutdownNow();
    Thread.currentThread().interrupt();
}

这段代码首先调用shutdown()方法，然后使用awaitTermination()方法等待60秒，如果超时则调用shutdownNow()方法强制关闭线程池。 同时，捕获InterruptedException并重新中断当前线程，以保持中断状态。

以上就是《Java线程池创建与使用全解析》的详细内容，更多关于任务队列,Java线程池,threadpoolexecutor,Executors,关闭线程池的资料请关注golang学习网公众号！