JUC 并发编程（八）：ThreadPool 线程池

线程池，是 Java 并发编程的重要组成部分，它管理着线程的生命周期，简化了线程的使用，提高了程序的性能和可伸缩性。线程池提供了一种机制，允许您将任务提交给线程池，线程池会自动管理这些任务的执行，无需您手动创建和管理线程。

线程池的优点

• 提高性能：线程池可以提高程序的性能，因为线程的创建和销毁是昂贵的操作，而线程池可以重用现有的线程，避免了频繁创建和销毁线程的开销。
• 简化线程管理：线程池简化了线程的管理，您无需手动创建和管理线程，只需将任务提交给线程池，线程池会自动管理这些任务的执行。
• 提高可伸缩性：线程池提高了程序的可伸缩性，当系统负载增加时，线程池可以自动扩展，以满足不断增长的需求，而当系统负载降低时，线程池可以自动缩小，以节省资源。

线程池的使用场景

• 当您需要执行大量独立的任务时，可以使用线程池来提高性能和可伸缩性。
• 当您需要控制并发线程的数量时，可以使用线程池来限制并发线程的数量，以避免系统资源被耗尽。
• 当您需要管理线程的生命周期时，可以使用线程池来简化线程的管理，无需您手动创建和管理线程。

线程池的工作原理

线程池内部维护着一个线程队列，当您提交任务给线程池时，任务会被添加到队列中，当有空闲线程时，线程池会从队列中取出任务并执行。线程池的的核心参数包括：

• corePoolSize：核心线程数，这是线程池中始终保持的最小线程数，即使没有任务需要执行，这些线程也会一直运行。
• maximumPoolSize：最大线程数，这是线程池中允许的最大线程数，当任务数超过 corePoolSize 时，线程池会创建新的线程来执行任务，直到达到 maximumPoolSize。
• keepAliveTime：线程空闲时间，这是线程池中空闲线程的最大空闲时间，超过这个时间后，空闲线程会被销毁。
• workQueue：任务队列，这是线程池中用来存储任务的队列，当任务数超过 corePoolSize 时，任务会被添加到队列中。

任务提交方式

您可以通过以下方式将任务提交给线程池：

• execute()方法：该方法将任务提交给线程池，如果线程池中没有空闲线程，则任务会被添加到队列中，等待空闲线程执行。
• submit()方法：该方法将任务提交给线程池，并返回一个 Future 对象，您可以通过 Future 对象来获取任务的执行结果。

线程池的生命周期

线程池的生命周期分为以下几个阶段：

• 创建：当您创建线程池时，线程池会进入创建阶段。
• 运行：当您将任务提交给线程池后，线程池会进入运行阶段。
• 终止：当您调用 shutdown() 方法时，线程池会进入终止阶段，此时线程池会停止接受新的任务，并等待所有正在执行的任务完成。
• 销毁：当所有正在执行的任务完成后，线程池会进入销毁阶段，此时线程池会被销毁。

常见问题

• 线程池中应该创建多少个线程？

  线程池中应该创建多少个线程取决于您的具体需求，一般来说，您应该创建足够的线程来处理您的任务，但又不要创建太多的线程，以免浪费资源。

• 线程池的队列应该有多大？

  线程池的队列大小取决于您的任务特点，如果您的任务执行时间很短，那么队列可以小一些，如果您的任务执行时间很长，那么队列可以大一些。

• 线程池的空闲线程应该存活多久？

  线程池的空闲线程应该存活多久取决于您的具体需求，一般来说，您可以将空闲线程的存活时间设置为任务执行时间的两倍左右。

使用 ThreadPool 线程池的最佳实践

• 使用合理的线程池参数：您应该根据您的具体需求来设置线程池的参数，例如核心线程数、最大线程数、空闲线程存活时间和队列大小等。
• 避免创建过多的线程池：您应该尽量避免创建过多的线程池，因为每个线程池都会消耗一定的系统资源，过多的线程池可能会导致系统资源被耗尽。
• 正确使用线程池的任务提交方式：您应该根据您的具体需求来选择合适的任务提交方式，例如 execute() 方法或 submit() 方法。
• 正确处理线程池的异常：您应该正确处理线程池中发生的异常，以免导致程序崩溃。

示例代码

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ThreadPoolDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个线程池，核心线程数为 2，最大线程数为 4，空闲线程存活时间为 60 秒，任务队列大小为 10
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2, 4, 60, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(10));

        // 向线程池提交任务
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threadPool.execute(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is running");
            });
        }

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