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Java线程池详解

article 2024/11/23 1:50:24

线程池是用来管理和复用线程的一种技术，它避免了频繁的创建和销毁线程的开销，提高了应用程序的性能。在 Java 中，ExecutorService 是一个非常常用的接口，它提供了线程池的基本功能。

在这里插入图片描述

1. 线程池的优势

线程复用：线程池管理一组固定数量的线程，任务提交时可以复用空闲线程，避免了每个任务都创建新线程的开销。
减少资源消耗：线程池中有固定数量的线程，避免了频繁创建和销毁线程导致的性能损耗。
控制并发数：线程池可以限制并发线程的数量，防止线程数量过多造成系统资源紧张。

2. Java 线程池的基本使用

Java 提供了 Executors 工厂类来创建常用的线程池类型。

2.1 创建线程池

常见的线程池类型：

固定大小线程池：Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)
缓存线程池：Executors.newCachedThreadPool()
单线程池：Executors.newSingleThreadExecutor()
调度线程池：Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

2.2 示例代码

import java.util.concurrent.*;

public class ThreadPoolExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个固定大小为 3 的线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);

        // 提交任务
        for (int i = 0; i &lt; 5; i++) {
            executor.submit(new Task(i));
        }

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
    }

    static class Task implements Runnable {
        private int taskId;

        public Task(int taskId) {
            this.taskId = taskId;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println("Task " + taskId + " is running on thread: " + Thread.currentThread().getName());
                // 模拟任务执行
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
    }
}

2.3 线程池的工作原理

提交任务：通过 executor.submit() 提交任务到线程池。
线程池工作：线程池中的线程会从任务队列中获取任务，并执行。
任务执行完成：执行完成后，线程会空闲，等待新的任务。
关闭线程池：调用 executor.shutdown() 可以优雅地关闭线程池，待所有任务完成后关闭。

3. 常用线程池方法

submit()：提交一个任务并返回一个 Future 对象，可以通过 Future 获取任务执行的结果。
invokeAll()：提交多个任务，并等待所有任务完成，返回一个 List<Future>。
invokeAny()：提交多个任务，返回第一个执行完成的任务结果。
shutdown()：优雅地关闭线程池，不再接收新任务，但会执行已经提交的任务。
shutdownNow()：立即停止线程池，返回当前在执行的任务。

4. 使用 Future 获取任务结果

Future 对象代表异步计算的结果。可以通过 get() 方法获取计算结果，get() 方法会阻塞直到任务完成。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
Future future = executor.submit(() -&gt; {
    // 执行任务并返回结果
    return 123;
});

try {
    Integer result = future.get(); // 阻塞，直到任务完成
    System.out.println("Result: " + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}
executor.shutdown();

5. 线程池的最佳实践

合理选择线程池大小：根据系统硬件配置和任务的性质来选择线程池的大小。一般来说，可以使用 CPU 核心数 * 2 作为线程池大小的参考。
避免使用 Executors 静态工厂方法：Executors 的工厂方法有些存在问题，比如 newFixedThreadPool(0) 会创建一个无限大小的线程池，因此可以使用 ThreadPoolExecutor 来灵活控制线程池。
手动配置 ThreadPoolExecutor：通过 ThreadPoolExecutor，你可以精细控制线程池的参数。

ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
    4,  // corePoolSize
    10, // maximumPoolSize
    60L, // keepAliveTime
    TimeUnit.SECONDS, // unit
    new LinkedBlockingQueue&lt;&gt;(), // workQueue
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 拒绝策略
);