线程池
线程池是 Java 并发编程中非常重要的一个工具，它用于管理一组工作线程的创建和调度，减少线程创建和销毁的开销，提高系统性能和响应速度。Java 提供了丰富的线程池支持，特别是在 java.util.concurrent 包中，通过线程池可以更高效地管理和复用线程资源。
# 1. 为什么需要线程池
- 减少性能开销：线程的创建和销毁是比较昂贵的操作，频繁创建和销毁线程会严重影响系统性能。线程池通过复用已有的线程，避免了这种开销。
- 控制线程数量：在大型系统中，过多的线程会导致系统资源耗尽，线程池可以限制线程数量，防止因线程过多导致的资源竞争。
- 提高响应速度：线程池可以在接收到任务时，立即复用已有的线程，从而缩短任务的等待时间，提高系统响应速度。
# 2. 线程池的核心组成
Java 线程池的核心类是 ThreadPoolExecutor，它的工作原理主要涉及以下几个核心组成部分：
- 核心线程数（corePoolSize）：核心线程的数量，即线程池中始终存活的最小线程数。
- 最大线程数（maximumPoolSize）：线程池中允许的最大线程数，当任务较多时会增加线程到最大线程数。
- 工作队列（workQueue）：用于保存等待执行任务的队列。当所有核心线程都在忙碌时，新任务会进入队列排队等待。
- 线程工厂（ThreadFactory）：用于创建新线程，通常用于设置线程名、优先级等属性。
- 拒绝策略（RejectedExecutionHandler）：当任务无法提交到线程池时的处理策略，例如丢弃任务、抛出异常等。
# 3. 常见的线程池类型
Java 提供了 Executors 工具类，用于创建不同类型的线程池，主要有以下几种：
newFixedThreadPool(int nThreads)：- 创建一个固定大小的线程池，线程池中始终有指定数量的线程数，适用于需要限制线程数量以应对突发任务的场景。
newCachedThreadPool()：- 创建一个可缓存的线程池，线程池会根据需要动态创建线程，适用于执行短期异步任务的场景。如果线程空闲超过 60 秒会被回收。
newSingleThreadExecutor()：- 创建一个只有一个线程的线程池，保证所有任务按照顺序逐一执行，适用于需要按顺序执行任务的场景。
newScheduledThreadPool(int corePoolSize)：- 创建一个线程池，可以定期或延时执行任务，适用于需要周期性任务的场景，例如定时备份、日志处理等。
# 4. ThreadPoolExecutor 的工作流程
当一个任务被提交到线程池时，ThreadPoolExecutor 的工作流程如下：
- 检查核心线程数：如果当前运行的线程数少于核心线程数，则创建一个新线程来执行任务。
- 任务入队：如果当前线程数等于核心线程数，则将任务加入工作队列。
- 创建非核心线程：如果工作队列已满，并且当前线程数小于最大线程数，则创建新的非核心线程来处理任务。
- 拒绝任务：如果线程数达到了最大线程数，并且工作队列也已满，则执行拒绝策略。
# 5. 线程池的拒绝策略
ThreadPoolExecutor 提供了 4 种拒绝策略，位于 RejectedExecutionHandler 接口中：
- AbortPolicy（默认策略）：抛出
RejectedExecutionException异常，阻止任务执行。 - CallerRunsPolicy：由提交任务的线程（通常是主线程）来执行该任务。
- DiscardPolicy：直接丢弃无法处理的任务，不抛出异常。
- DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的任务，然后尝试重新提交当前任务。
# 6. 线程池的生命周期
线程池的生命周期主要包括以下几个状态：
- RUNNING：线程池可以接受新任务并处理已加入的任务。
- SHUTDOWN：调用
shutdown()方法后，线程池不再接受新任务，但会继续处理已加入的任务。 - STOP：调用
shutdownNow()方法后，线程池不再接受新任务，并尝试停止正在执行的任务。 - TIDYING：所有任务已终止，线程池中的线程数为 0，进入
TIDYING状态。 - TERMINATED：
terminated()方法执行完毕后，线程池进入终止状态。
# 7. 使用线程池的最佳实践
合理配置线程池大小：线程池的大小应该根据具体的任务类型和系统资源配置来确定。可以使用
CPU 密集型或IO 密集型的策略来合理配置线程池的核心线程数。- CPU 密集型任务：线程数一般为 CPU 核心数 + 1。
- IO 密集型任务：线程数应该远大于 CPU 核心数，一般为 CPU 核心数的几倍。
避免使用 Executors 创建线程池：
Executors工具类虽然方便，但可能会隐藏一些问题，例如newCachedThreadPool()和newFixedThreadPool()默认的队列长度为Integer.MAX_VALUE，可能会导致内存不足。因此推荐手动创建ThreadPoolExecutor并设置合理的参数。监控线程池状态：定期监控线程池的运行情况，如线程数、队列长度、任务完成情况等，可以及时发现问题并优化线程池配置。
# 8. 线程池的实际应用场景
- Web 服务器：在 Web 服务器中，线程池可以用于处理并发的 HTTP 请求，提高服务器的吞吐量。
- 异步任务处理：线程池可以用于执行异步任务，例如日志处理、文件上传等，避免阻塞主线程。
- 周期性任务：使用
ScheduledThreadPoolExecutor可以实现周期性任务调度，例如定时清理缓存、监控系统状态等。
# 9. 总结
线程池是 Java 并发编程中用于管理和复用线程的强大工具，通过线程池可以减少线程创建和销毁的开销，控制线程的数量，提升系统性能。理解线程池的工作原理、合理配置线程池大小、以及选择合适的线程池类型，是编写高效并发程序的关键。Java 提供的 ThreadPoolExecutor 及其他线程池实现为开发者提供了丰富的工具来应对各种并发场景。