【线程池】深入理解线程池

每天学习一个小知识

什么是线程池

线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务。其技术的核心思想其实就是实现资源的一个复用，避免资源的重复创建和销毁带来的性能开销。在线程池中，线程池可以管理一堆线程，让线程执行完任务之后不会进行销毁，而是继续去处理其它线程已经提交的任务。

线程池生命周期

1、新建状态（NEW）

当程序使用 new 关键字创建了一个线程之后，该线程就处于新建状态，此时仅由 JVM 为其分配内存，并初始化其成员变量的值

2、就绪状态（RUNNABLE）

当线程对象调用了 start()方法之后，该线程处于就绪状态。Java 虚拟机会为其创建方法调用栈和程序计数器，等待调度运行

3、运行状态（RUNNING）

如果处于就绪状态的线程获得了 CPU，开始执行 run()方法的线程执行体，则该线程处于运行状态。

4、阻塞状态（BLOCKED）

阻塞状态是指线程因为某种原因让出了 cpu 使用权，暂时停止运行。直到线程进入可运行(runnable)状态，才有机会再次获得 cpu timeslice 转到运行(running)状态。阻塞的情况分三种：

（1）等待阻塞（wait->等待对列）：

运行(running)的线程执行 wait()方法，JVM 会把该线程放入等待队列(waitting queue) 中。

（2）同步阻塞(lock->锁池) ：

运行(running)的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则 JVM 会把该线程放入锁池(lock pool)中。

（3）其他阻塞(sleep/join) ：

运行(running)的线程执行 Thread.sleep(long ms)或 t.join()方法，或者发出了 I/O 请求时，JVM 会把该线程置为阻塞状态。当 sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者 I/O处理完毕时，线程重新转入可运行(runnable)状态。

5、线程死亡（DEAD）

（1）正常结束

run()或 call()方法执行完成，线程正常结束。

（2）异常结束

线程抛出一个未捕获的 Exception 或 Error。

（3）调用 stop

直接调用该线程的 stop()方法来结束该线程—该方法通常容易导致死锁，不推荐使用。

线程池工作原理

1、线程池刚创建时，里面是没有线程的。任务队列是作为参数传进来的。不过，就算队列里面有任务，线程池也不会马上执行它们。

2、当调用 execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：

（1）如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；

（2）如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列；

（3）如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；

（4）如果队列满了，而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，则线程池会抛出异常RejectExecutionException。

3、当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。

4、当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，如果当前运行的线程数大于 corePoolSize，那么这个线程就被停掉。所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到 corePoolSize 的大小。

线程池的实现方式

1、继承 Thread 类

启动线程是通过 Thread 类的 start()实例方法。start()方法是一个 native 方法，它将启动一个新线程，并执行 run()方法。

2、实现 Runnable 接口

如果类已经继承了父类了，那么久就不能再继承 Thread 类，我们可以实现Runnable接口。（无返回值）

3、实现 Callable 接口

执行Callable 任务后，可以获取一个 Future 的对象，在该对象上调用 get 就可以获取到 Callable 任务返回的 Object 了。（有返回值）

线程池七大参数

1、corePoolSize： 核心线程数

核心线程大小，线程池中维护了一个最小线程数量，即使这些线程处于空闲状态，也一直存在线程池中，除非设置了核心线程超时时间

2、maximumPoolSize： 最大线程数

线程池中允许的最大线程数量。当线程池中核心线程都处理执行状态，有新请求的任务：

（1）、工作队列未满：新请求的任务加入工作队列

（2）、工作队列已满：线程池会创建新线程，来执行这个任务。当然，创建新线程不是无限制的，因为会受到maximumPoolSize最大线程数量的限制。

3、keepAliveTime： 最大空闲时间

空闲线程存活时间。具体说，当线程数大于核心线程数时，空闲线程在等待新任务到达的最大时间，如果超过这个时间还没有任务请求，该空闲线程就会被销毁。

4、TimeUnit unit： 时间单位

空闲线程存活时间的单位。keepAliveTime的计量单位。枚举类型TimeUnit类。存活时间通常设置为 60s 左右，即当线程池中的线程空闲时间超过了 60 秒，那么这个线程就会被回收。同时，当线程池中的线程数量小于等于核心线程池大小时，存活时间将不起作用。

5、BlockingQueue workQueue： 任务队列

任务队列是存储被提交但尚未被执行的任务的阻塞队列。常用的任务队列有如下几类：

• ArrayBlockingQueue：基于数组的有限队列，可以指定容量。
• LinkedBlockingQueue：基于链表的无限队列，可以无限扩展。
• PriorityBlockingQueue：优先级队列，可以自定义排列顺序。
• SynchronousQueue：同步队列，不存储数据，只在提交和取出数据时传递数据。

6、ThreadFactory threadFactory： 线程工厂

用来创建线程工厂的类，在线程池中需要创建新线程时使用?threadFactory（创建线程工厂） 进行创建线程对象，可以通过自定义?threadFactory（创建线程工厂）对线程进行个性化配置和定制，例如设置线程的名称、优先级等，可以更好的跟踪和管理线程池中的线程

7、RejectedExecutionHandler handler： 拒绝策略

拒绝策略是当任务队列满了需要执行拒绝策略来处理新提交的任务。提供了几种预定义的拒绝策略

• AbortPolicy：直接抛出异常，默认策略。
• CallerRunsPolicy：主线程执行该任务。
• DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最老的任务，然后重新尝试执行当前任务。
• DiscardPolicy：默默丢弃提交的任务，没有异常。

线程池及线程池大小调优技巧

1、核心线程池数量调优

核心线程池数量不宜过多，因为每个线程都需要占用内存和 CPU 资源，过多的核心线程池数量会导致系统资源的浪费，从而降低系统性能。但也不应过少，否则会降低系统吞吐量。

2、最大线程池数量调优

最大线程池数量一般设置：最大线程池数量 = CPU 核心数 + 网络连接数 + 其他 IO 等待时间的线程数量

3、存活时间调优

设定一个适当的线程存活时间，可以有效地减少线程的创建和销毁带来的性能开销。在存活时间到达之后，多余的线程会被回收，从而释放系统资源。

4、队列调优

任务队列是存储被提交但尚未被执行的任务的阻塞队列。在选择队列类型时，应考虑任务数量和任务类型，以及需要处理的并发请求数。常用的阻塞队列有 ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue。

5、拒绝策略调优

拒绝策略通常分为四种：AbortPolicy、CallerRunsPolicy、DiscardOldestPolicy 和 DiscardPolicy。根据业务需求和系统负载情况，选择合适的拒绝策略。

应用场景

1、CPU 密集型应用线程池设置

在 CPU 密集型应用中，任务主要是 CPU 计算，线程池的大小应该根据 CPU 核心数来设置，以充分利用 CPU 资源，并避免过多线程间的竞争和上下文切换。通常情况下，将核心线程池大小设置为 CPU 核心数，将最大线程池大小设置为 CPU 核心数 * 2。比如，当前服务器有 8 核 CPU，那么推荐设置核心线程池大小为 8，最大线程池大小为 16。

2、IO 密集型应用线程池设置

在 IO 密集型应用中，任务主要是从事 IO 等待，而线程的 CPU 计算能力却很小，此时线程数量适当多一点，可以让 CPU 等待 IO 的数目更多，以充分利用计算机的硬件资源。通常情况下，核心线程池大小可以设置为 CPU 核心数 +1，最大线程池大小可以设置为 CPU 核心数 * 2。同时，建议使用无界的 LinkedBlockingQueue 阻塞队列，以避免丢失任务。

3、其它应用场景

对于各种不同的场景，应该根据实际情况进行参数的设置。比如生产者-消费者问题，可以使用 FixedThreadPool，保证消费者线程数量少于核心线程池大小，以确保消费者线程能够及时执行。同时，阻塞队列也可以根据实际情况选择不同的存储方式。对于需要开多个线程处理的应用，可以使用 ScheduledThreadPoolExecutor，定时执行任务。总之，根据实际需求来设置线程池的参数是最重要的。