线程池（二）ThreadPoolExector

程序员朱永胜2024-07-022024-07-02

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线程池执行器 (ThreadPoolExecutor) 详解

简介

ThreadPoolExecutor 是 Java 中用于管理线程池的核心类。它提供了一种灵活而强大的机制来创建和管理线程池，允许我们通过线程池来控制并发任务的执行。通过合理地配置和使用线程池，我们可以显著提升应用程序的性能和响应能力。

ThreadPoolExecutor 构造函数

ThreadPoolExecutor 提供了多种构造函数，最常用的是如下这个：

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

参数解析：

corePoolSize: 核心线程数，线程池中始终保持活动的线程数。
maximumPoolSize: 最大线程数，线程池中允许的最大线程数。
keepAliveTime: 线程空闲时间，当线程数大于 corePoolSize 时，多余的空闲线程存活的时间。
unit: 时间单位，用于指定 keepAliveTime 的时间单位。
workQueue: 任务队列，用于存放待执行的任务。
threadFactory: 线程工厂，用于创建新线程。
handler: 拒绝策略，当任务无法提交到线程池时的处理方式。

核心参数

corePoolSize 和 maximumPoolSize:
- 核心线程数 (corePoolSize) 是线程池中保持活跃的线程数，即使这些线程处于空闲状态也不会被销毁。
- 最大线程数 (maximumPoolSize) 是线程池中允许的最大线程数，当队列中的任务满了且当前线程数小于 maximumPoolSize 时，线程池会创建新的线程来执行任务。
keepAliveTime 和 unit:
- 空闲时间 (keepAliveTime) 是当线程数超过 corePoolSize 时，多余的空闲线程的存活时间，超过这个时间，空闲线程会被销毁。
- 时间单位 (unit) 是一个 TimeUnit 枚举，用于指定 keepAliveTime 的时间单位。
workQueue:
- 任务队列 (workQueue) 是一个阻塞队列，用于存放待执行的任务。常用的阻塞队列包括 ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, SynchronousQueue 等。
threadFactory:
- 线程工厂 (threadFactory) 用于创建线程，一般可以通过自定义 ThreadFactory 来设置线程的名称、优先级等属性。
handler:
- 拒绝策略 (RejectedExecutionHandler) 当线程池和队列都满了，再有任务提交时的处理策略。Java 提供了四种默认的拒绝策略：
  - AbortPolicy: 抛出 RejectedExecutionException。
  - CallerRunsPolicy: 由调用线程处理该任务。
  - DiscardPolicy: 丢弃任务，不予处理。
  - DiscardOldestPolicy: 丢弃队列中最旧的任务，然后尝试提交新任务。

执行任务流程

当一个任务提交到线程池时，ThreadPoolExecutor 会按以下步骤进行处理：

如果线程池中的线程数小于 corePoolSize，即使有空闲线程，也会创建一个新线程来执行新任务。
如果线程池中的线程数达到或超过 corePoolSize，新任务会被添加到工作队列中。
如果工作队列已满，且线程数小于 maximumPoolSize，会创建新的线程来执行任务。
如果线程数达到 maximumPoolSize 且工作队列已满，会根据拒绝策略处理新任务。

线程池的状态

线程池在运行过程中会有以下几种状态：

RUNNING: 接受新任务并处理队列中的任务。
SHUTDOWN: 不接受新任务，但会处理队列中的任务。
STOP: 不接受新任务，也不处理队列中的任务，并中断正在执行的任务。
TIDYING: 所有任务都已终止，工作线程数为 0，线程池进入该状态并将运行 terminated() 钩子方法。
TERMINATED: terminated() 方法执行完成。

源码分析

接下来我们深入分析 ThreadPoolExecutor 的核心源码，了解其内部工作机制。

任务提交

任务提交的方法有 execute(Runnable command) 和 submit(Callable<T> task)。以下是 execute 方法的部分源码：

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        if (!isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

该方法分为三个步骤：

尝试创建核心线程：如果当前线程数小于 corePoolSize，尝试创建一个新的线程来执行任务。
任务入队列：如果线程数已达到 corePoolSize，将任务加入工作队列。
创建非核心线程：如果队列已满且线程数小于 maximumPoolSize，创建新的线程。如果线程数已达到 maximumPoolSize，执行拒绝策略。

应用场景

ThreadPoolExecutor 在以下场景中非常有用：

Web 服务器：处理大量并发请求，避免因频繁创建和销毁线程带来的开销。
后台任务：执行异步任务，如日志处理、数据备份等。
定时任务：结合 ScheduledThreadPoolExecutor，可以定时或周期性地执行任务。

注意事项

合理配置线程池参数：过大的线程池会导致资源浪费，过小的线程池则无法充分利用系统资源。
选择合适的任务队列：不同类型的任务队列适用于不同的场景，需要根据实际需求选择合适的队列。
处理异常情况：要处理好线程池中的异常情况，避免线程意外中断导致任务丢失。
监控线程池状态：可以通过 ThreadPoolExecutor 提供的 getPoolSize()、getActiveCount()、getCompletedTaskCount() 等方法监控线程池的运行状态。