虽然在 Java 语言中创建线程看上去就像创建一个对象一样简单,只需要 new Thread() 就可以了,但实际上创建线程远不是创建一个对象那么简单。创建对象,仅仅是在 JVM 的堆里分配一块内存而已;而创建一个线程,却需要调用操作系统内核的 API,然后操作系统要为线程分配一系列的资源,这个成本就很高了,所以线程是一个重量级的对象,应该避免频繁创建和销毁
那如何避免呢?应对方案估计你已经知道了,那就是线程池。

线程池是一种生产者 - 消费者模式

目前业界线程池的设计,普遍采用的都是生产者 - 消费者模式。线程池的使用方是生产者,线程池本身是消费者。

线程池的工作流程

一个新的任务到线程池时,线程池的处理流程如下:
线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是,创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务,则进入下个流程。
线程池判断阻塞队列是否已满。如果阻塞队列没有满,则将新提交的任务存储在阻塞队列中。如果阻塞队列已满,则进入下个流程。
线程池判断线程池里的线程是否都处于工作状态`。如果没有,则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已满,则交给饱和策略来处理这个任务。

线程池任务执行流程.png

线程池创建参数

corePoolSize(核心线程数):

提交一个任务到线程池时,线程池会创建一个新的线程来执行任务。注意:即使有空闲的基本线程能执行该任务,也会创建新的线程。
如果线程池中的线程数已经大于或等于corePoolSize,则不会创建新的线程。
如果调用了线程池的prestartAllCoreThreads()方法,线程池会提前创建并启动所有基本线程。

maximumPoolSize(最大线程数):

线程池允许创建的最大线程数。阻塞队列已满,线程数小于maximumPoolSize便可以创建新的线程执行任务。
如果使用无界的阻塞队列,该参数没有什么效果。

workQueue(工作队列):

用于保存等待执行的任务的阻塞队列。
ArrayBlockingQueue:基于数组结构的有界阻塞队列,按FIFO(先进先出)原则对任务进行排序。使用该队列,线程池中能创建的最大线程数为maximumPoolSize。
LinkedBlockingQueue:基于链表结构的无界阻塞队列,按FIFO(先进先出)原则对任务进行排序,吞吐量高于ArrayBlockingQueue。使用该队列,线程池中能创建的最大线程数为corePoolSize。静态工厂方法 Executor.newFixedThreadPool()使用了这个队列。
SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。添加任务的操作必须等到另一个线程的移除操作,否则添加操作一直处于阻塞状态。静态工厂方法 Executor.newCachedThreadPool()使用了这个队列。
PriorityBlokingQueue:一个支持优先级的无界阻塞队列。使用该队列,线程池中能创建的最大线程数为corePoolSize。

keepAliveTime(线程活动保持时间):

线程池的工作线程空闲后,保持存活的时间。如果任务多而且任务的执行时间比较短,可以调大keepAliveTime,提高线程的利用率。

unit(线程活动保持时间的单位):

可选单位有DAYS、HOURS、MINUTES、毫秒、微秒、纳秒。

handler(饱和策略,或者又称拒绝策略):

当队列和线程池都满了,即线程池饱和了,必须采取一种策略处理提交的新任务。
AbortPolicy:无法处理新任务时,直接抛出异常,这是默认策略。
CallerRunsPolicy:用调用者所在的线程来执行任务。
DiscardOldestPolicy:丢弃阻塞队列中最靠前的一个任务,并执行当前任务。
DiscardPolicy:直接丢弃任务。

threadFactory:

构建线程的工厂类

使用线程池要注意些什么

考虑到 ThreadPoolExecutor 的构造函数实在是有些复杂,所以 Java 并发包里提供了一个线程池的静态工厂类 Executors,利用 Executors 你可以快速创建线程池。不过目前大厂的编码规范中基本上都不建议使用 Executors 了。
不建议使用 Executors 的最重要的原因是:Executors 提供的很多方法默认使用的都是无界的 LinkedBlockingQueue,高负载情境下,无界队列很容易导致 OOM,而 OOM 会导致所有请求都无法处理,这是致命问题。所以强烈建议使用有界队列
使用有界队列,当任务过多时,线程池会触发执行拒绝策略,线程池默认的拒绝策略会 throw RejectedExecutionException 这是个运行时异常,对于运行时异常编译器并不强制 catch 它,所以开发人员很容易忽略。因此默认拒绝策略要慎重使用。如果线程池处理的任务非常重要,建议自定义自己的拒绝策略;并且在实际工作中,自定义的拒绝策略往往和降级策略配合使用。
使用线程池,还要注意异常处理的问题,例如通过 ThreadPoolExecutor 对象的 execute() 方法提交任务时,如果任务在执行的过程中出现运行时异常,会导致执行任务的线程终止;不过,最致命的是任务虽然异常了,但是你却获取不到任何通知,这会让你误以为任务都执行得很正常。虽然线程池提供了很多用于异常处理的方法,但是最稳妥和简单的方案还是捕获所有异常并按需处理

线程池在 Java 并发编程领域非常重要,很多大厂的编码规范都要求必须通过线程池来管理线程。线程池和普通的池化资源有很大不同,线程池实际上是生产者 - 消费者模式的一种实现,理解生产者 - 消费者模式是理解线程池的关键所在。。