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线程池（Thread Pool）详解

news 2025/9/16 10:51:10

线程池是Java多线程编程中的核心组件，用于管理线程的生命周期、复用线程资源，避免频繁创建和销毁线程带来的性能开销。在高并发场景（如Web服务器、微服务调用等）中，合理使用线程池能显著提升系统性能和稳定性。

1. 为什么需要线程池？

问题：直接创建线程（new Thread()）的缺点：
- 线程创建和销毁开销大（涉及操作系统资源分配）。
- 无限制创建线程会导致资源耗尽（如内存溢出）。
解决方案：线程池通过复用线程、限制并发数、任务队列机制解决这些问题。

2. Java中的线程池实现

Java通过java.util.concurrent.ExecutorService接口及其实现类提供线程池支持，核心实现类是ThreadPoolExecutor。

2.1 线程池的创建（ThreadPoolExecutor）

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,      // 核心线程数（长期存活的线程）int maximumPoolSize,   // 最大线程数（临时线程 = maximumPoolSize - corePoolSize）long keepAliveTime,    // 临时线程空闲存活时间TimeUnit unit,         // 时间单位（秒/毫秒等）BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务队列RejectedExecutionHandler handler  // 拒绝策略
);

关键参数说明

参数	作用
`corePoolSize`	核心线程数，即使空闲也不会被销毁（除非`allowCoreThreadTimeOut=true`）。
`maximumPoolSize`	线程池最大能容纳的线程数（核心线程 + 临时线程）。
`keepAliveTime`	临时线程空闲时的存活时间，超时后销毁。
`workQueue`	任务队列，用于存放待执行的任务（常见队列类型见下文）。
`handler`	当线程池和队列都满时，如何处理新任务（拒绝策略）。

2.2 任务队列（BlockingQueue）类型

队列类型	特性
`ArrayBlockingQueue`	有界队列，固定大小，任务超出队列大小时会创建临时线程。
`LinkedBlockingQueue`	无界队列（默认`Integer.MAX_VALUE`），可能导致OOM。
`SynchronousQueue`	不存储任务，直接交给线程执行（需搭配`maximumPoolSize`使用）。
`PriorityBlockingQueue`	带优先级的无界队列（任务需实现`Comparable`）。

2.3 拒绝策略（RejectedExecutionHandler）

当线程池和队列都满时，对新任务的处理方式：

策略名	行为
`AbortPolicy`（默认）	直接抛出`RejectedExecutionException`。
`CallerRunsPolicy`	让提交任务的线程自己执行该任务（同步执行）。
`DiscardPolicy`	静默丢弃任务，不抛异常。
`DiscardOldestPolicy`	丢弃队列中最旧的任务，然后重新尝试提交当前任务。

3. 线程池的工作流程

提交任务：调用executor.execute(Runnable task)或submit(Callable task)。
线程分配：
- 如果当前线程数 < corePoolSize，立即创建新线程执行任务。
- 如果线程数 ≥ corePoolSize，任务进入workQueue等待。
- 如果队列已满且线程数 < maximumPoolSize，创建临时线程执行任务。
- 如果队列和线程池均满，触发拒绝策略。
线程回收：
- 核心线程默认长期存活。
- 临时线程在空闲keepAliveTime后被销毁。

4. 常见的线程池工具类（Executors）

Java提供了Executors工具类快速创建线程池（但需注意潜在问题）：

方法名	底层实现	问题
`newFixedThreadPool(int n)`	固定大小的线程池（核心=最大线程数，无界队列）	无界队列可能导致OOM。
`newCachedThreadPool()`	可扩容线程池（核心=0，最大=Integer.MAX_VALUE）	线程数无限制，可能创建过多线程导致资源耗尽。
`newSingleThreadExecutor()`	单线程池（核心=最大=1，无界队列）	无界队列可能导致OOM。
`newScheduledThreadPool()`	支持定时/周期性任务的线程池。	无界队列可能导致OOM。

建议：生产环境推荐手动创建ThreadPoolExecutor，避免使用Executors的无界队列。

5. 线程池的最佳实践

合理配置参数：
- CPU密集型任务：corePoolSize = CPU核心数 + 1。
- IO密集型任务：corePoolSize = 2 * CPU核心数。
避免无界队列：使用ArrayBlockingQueue或自定义有界队列。
明确拒绝策略：根据业务选择AbortPolicy（日志记录 + 告警）或CallerRunsPolicy。
监控线程池：通过ThreadPoolExecutor的方法（如getActiveCount()）或Spring Boot Actuator。

6. 示例代码

// 手动创建线程池
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2,                              // corePoolSize5,                              // maximumPoolSize60, TimeUnit.SECONDS,           // keepAliveTimenew ArrayBlockingQueue<>(10),   // 有界队列（容量10）new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 拒绝策略
);// 提交任务
executor.execute(() -> {System.out.println("Task executed by " + Thread.currentThread().getName());
});// 关闭线程池（平滑关闭）
executor.shutdown();