线程池

池化技术的核心思想就是实现资源的复用，避免资源的重复创建和销毁带来的性能开销。
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什么是线程池

线程池(ThreadPool) 是一种基于池化思想管理线程的工具

线程池解决的问题是, 在任意时刻下, 确定系统应该投入多少资源, 解决多少任务

不将线程统一管理可能会出现以下问题

  1. 频繁申请/销毁资源和调度资源，将带来额外的消耗，可能会非常巨大。
  2. 对资源无限申请缺少抑制手段，易引发系统资源耗尽的风险。
  3. 系统无法合理管理内部的资源分布，会降低系统的稳定性。

为解决资源分配这个问题，线程池采用了“池化”（Pooling）思想。池化，顾名思义，是为了最大化收益并最小化风险，而将资源统一在一起管理的一种思想。

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线程池内部维护了许多线程, 当有新任务时就会分配一个空闲线程执行 当所有线程都有任务时, 新的任务要么放到阻塞队列里面要么增加线程

使用线程池

用法:

// 创建固定大小的线程池:
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
// 提交任务:
executor.submit(task1);
executor.submit(task2);
executor.submit(task3);
executor.submit(task4);
executor.submit(task5);

上述代码创建了大小为3的线程池, 并提交了5个任务

ExecutorService该接口要求实现工厂方法, 返回如下类型的线程池

  • FixedThreadPool：线程数固定的线程池；
  • CachedThreadPool：线程数根据任务动态调整的线程池；
  • ScheduledThreadPool: 定时执行线程池
  • SingleThreadExecutor：仅单线程执行的线程池。

线程池原理解析

Java的线程池核心实现为 ThreadPoolExecutor

image.png

顶级接口 Excutor 提供了一种思想, 将任务提交与任务执行解耦 用户只需提供 Runnable 对像, 将任务提交到执行器中, 剩余的线程调配和任务执行由执行器完成

ExecutorService接口增加了一些能力： （1）扩充执行任务的能力，补充可以为一个或一批异步任务生成Future的方法；（2）提供了管控线程池的方法，比如停止线程池的运行。

线程池构造类 ThreadPoolExecutor 通过传入参数实现线程池的构造 如下是成员变量, ![[content/en/java/Basic/Concurrent/Pasted image 20250203123133.png]] 参数解释

  • corePoolSize：线程池中用来工作的核心线程数量。
  • maximumPoolSize：最大线程数，线程池允许创建的最大线程数, 可以理解为非核心线程 + 核心线程数
  • workQueue：任务队列，是一个阻塞队列，当线程数达到核心线程数后，会将任务存储在阻塞队列中。
  • threadFactory ：线程池内部创建线程所用的工厂。
  • handler：拒绝策略；当队列已满并且线程数量达到最大线程数量时，会调用该方法处理任务

线程池使用前记得初始化

线程池的默认策略是构造完成后不创建线程, 也就是说刚创建好的线程池是没有线程的, 只有传入的 BlockingQueue 也就是[[阻塞队列]] 和其他参数 ![[content/en/java/Basic/Concurrent/Pasted image 20250203123400.png]] 使用线程池之后 当调用任务执行方法 execute() 时启动执行流程 线程执行任务流程如下

  • 核心线程数未满：直接创建新线程执行任务（不会进队列）。
  • 核心线程数已满，队列未满：任务进入阻塞队列等待空闲线程执行。
  • 核心线程数已满，队列已满：
    • 如果当前线程池线程数未达到最大线程数，创建非核心线程执行任务。
    • 否则，执行拒绝策略。

队列未满, 创建核心线程

![[content/en/java/Basic/Concurrent/Pasted image 20250203123742.png]] 队列已满, 创建非核心线程![[content/en/java/Basic/Concurrent/Pasted image 20250203124516.png]]

所以，就算队列中已经塞满了任务，新创建的线程还是会优先处理提交的任务，而不是从队列中获取已有的任务执行，从这可以看出，先提交的任务不一定先执行。

当上述流程无法完成时, 会使用拒绝策略抛出异常 JDK 自带的 RejectedExecutionHandler 实现有 4 种

  • AbortPolicy：丢弃任务，抛出运行时异常
  • CallerRunsPolicy：由提交任务的线程来执行任务
  • DiscardPolicy：丢弃这个任务，但是不抛异常
  • DiscardOldestPolicy：从队列中剔除最先进入队列的任务，然后再次提交任务

任务执行方法 excute() 源码如下

public void execute(Runnable command) {
    // 首先检查提交的任务是否为null，是的话则抛出NullPointerException。
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();

    // 获取线程池的当前状态（ctl是一个AtomicInteger，其中包含了线程池状态和工作线程数）
    int c = ctl.get();

    // 1. 检查当前运行的工作线程数是否少于核心线程数（corePoolSize）
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        // 如果少于核心线程数，尝试添加一个新的工作线程来执行提交的任务
        // addWorker方法会检查线程池状态和工作线程数，并决定是否真的添加新线程
        if (addWorker(command, true))
            return;
        // 重新获取线程池的状态，因为在尝试添加线程的过程中线程池的状态可能已经发生变化
        c = ctl.get();
    }

    // 2. 尝试将任务添加到任务队列中
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
        // 双重检查线程池的状态
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))  // 如果线程池已经停止，从队列中移除任务
            reject(command);
        // 如果线程池正在运行，但是工作线程数为0，尝试添加一个新的工作线程
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    // 3. 如果任务队列满了，尝试添加一个新的非核心工作线程来执行任务
    else if (!addWorker(command, false))
        // 如果无法添加新的工作线程（可能因为线程池已经停止或者达到最大线程数限制），则拒绝任务
        reject(command);
}