多線程系列(十四) -一文帶你搞懂線程池技術

一、前言

雖然 Java 對線程的創建、中斷、等待、通知、銷燬、同步等功能提供了很多的支持，但是從操作系統角度來說，頻繁的創建線程和銷燬線程，其實是需要大量的時間和資源的。

例如，當有多個任務同時需要處理的時候，一個任務對應一個線程來執行，以此來提升任務的執行效率，模型圖如下：

如果任務數非常少，這種模式倒問題不大，但是如果任務數非常的多，可能就會存在很大的問題：

1.線程數不可控：隨着任務數的增多，線程數也會增多，這些線程都沒辦法進行統一管理
2.系統的開銷很大：創建線程對系統來說開銷很高，隨着線程數也會增多，可能會出現系統資源緊張的問題，嚴重的情況系統可能直接死機

假如把很多任務讓一組線程來執行，而不是一個任務對應一個新線程，這種通過接受任務並進行分發處理的就是線程池。

線程池內部維護了若干個線程，當沒有任務的時候，這些線程都處於等待狀態；當有新的任務進來時，就分配一個空閒線程執行；當所有線程都處於忙碌狀態時，新任務要麼放入隊列中等待，要麼增加一個新線程進行處理，要麼直接拒絕。

很顯然，這種通過線程池來執行多任務的思路，優勢明顯：

1.資源更加可控：能有效的控制線程數，防止線程數過多，導致系統資源緊張
2.資源消耗更低：因爲線程可以複用，可以有效的降低創建和銷燬線程的時間和資源
3.執行效率更高：當新的任務進來時，可以不需要等待線程的創建立即執行

關於這一點，我們可以看一個簡單的對比示例。

/**
 * 使用一個任務對應一個線程來執行
 * @param args
 */
public static void main(String[] args) {
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    final Random random = new Random();
    List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

    // 一個任務對應一個線程，使用20000個線程執行任務
    for (int i = 0; i < 20000; i++) {
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                list.add(random.nextInt(100));
            }
        }).start();
    }
    // 等待任務執行完畢
    while (true){
        if(list.size() >= 20000){
            break;
        }
    }
    System.out.println("一個任務對應一個線程，執行耗時：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
}

/**
 * 使用線程池進行執行任務
 * @param args
 */
public static void main(String[] args) {
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    final Random random = new Random();
    List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

    // 使用線程池進行執行任務，默認4個線程
    ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(4, 4, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(20000));
    for (int i = 0; i < 20000; i++) {
    	// 提交任務
        executor.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                list.add(random.nextInt(100));
            }
        });
    }

    // 等待任務執行完畢
    while (true){
        if(list.size() >= 20000){
            break;
        }
    }
    System.out.println("使用線程池，執行耗時：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    // 關閉線程池
    executor.shutdown();
}

兩者執行耗時情況對比，如下：

一個任務對應一個線程，執行耗時：3073ms
---------------------------
使用線程池，執行耗時：578ms

從結果上可以看出，同樣的任務數，採用線程池和不採用線程池，執行耗時差距非常明顯，一個任務對應一個新的線程來執行，反而效率不如採用 4 個線程的線程池執行的快。

爲什麼會產生這種現象，下面我們就一起來聊聊線程池。

二、線程池概述

站在專業的角度講，線程池其實是一種利用池化思想來實現線程管理的技術，它將線程的創建和任務的執行進行解耦，同時複用已經創建的線程來降低頻繁創建和銷燬線程所帶來的資源消耗。通過合理的參數設置，可以實現更低的系統資源使用率、更高的任務併發執行效率。

在 Java 中，線程池最頂級的接口是Executor，名下的實現類關係圖如下：

關鍵接口和實現類，相關的描述如下：

1.Executor是最頂級的接口，它的作用是將任務的執行和線程的創建進行抽象解藕
2.ExecutorService接口繼承了Executor接口，在Executor的基礎上，增加了一些關於管理線程池的一些方法，比如查看任務的狀態、獲取線程池的狀態、終止線程池等標準方法
3.ThreadPoolExecutor是一個線程池的核心實現類，完整的封裝了線程池相關的操作方法，通過它可以創建線程池
4.ScheduledThreadPoolExecutor是一個使用線程池的定時調度實現類，完整的封裝了定時調度相關的操作方法，通過它可以創建週期性線程池

整個關係圖中，其中ThreadPoolExecutor是線程池最核心的實現類，開發者可以使用它來創建線程池。

2.1、ThreadPoolExecutor 構造方法

ThreadPoolExecutor類的完整構造方法一共有七個參數，理解這些參數的配置對使用好線程池至關重要，完整的構造方法核心源碼如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)

各個參數的解讀如下：

corePoolSize：核心線程數量，用於執行任務的核心線程數。
maximumPoolSize：最大線程數量，線程池中允許創建線程的最大數量
keepAliveTime：空閒線程存活的時間。只有當線程池中的線程數大於 corePoolSize 時，這個參數纔會起作用
unit：空閒線程存活的時間單位
workQueue：任務隊列，用於存儲還沒來得及執行的任務
threadFactory：線程工廠。用於執行任務時創建新線程的工廠
handler：拒絕策略，當線程池和和隊列容量處於飽滿，使用某種策略來拒絕任務提交

2.2、ThreadPoolExecutor 執行流程

創建完線程池之後就可以提交任務了，當有新的任務進來時，線程池就會工作並分配線程去執行任務。

ThreadPoolExecutor的典型用法如下：

// 創建固定大小的線程池
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(4, 4, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>(100));
// 提交任務
executor.execute(task1);
executor.execute(task2);
executor.execute(task3);
...

針對任務的提交方式，ThreadPoolExecutor還提供了兩種方法。

execute()方法：一種無返回值的方法，也是最核心的任務提交方法
submit()方法：支持有返回值，通過FutureTask對象來獲取任務執行完後的返回值，底層依然調用的是execute()方法

ThreadPoolExecutor執行提交的任務流程雖然比較複雜，但是通過對源碼的分析，大致的任務執行流程，可以用如下圖來概括。

整個執行流程，大體步驟如下：

1.初始化完線程池之後，默認情況下，線程數爲0，當有任務到來後纔會創建新線程去執行任務
2.每次收到提交的任務之後，會先檢查覈心線程數是否已滿，如果沒有，就會繼續創建新線程來執行任務，直到核心線程數達到設定值
3.當核心線程數已滿，會檢查任務隊列是否已滿，如果沒有，就會將任務存儲到阻塞任務隊列中
4.當任務隊列已滿，會再次檢查線程池中的線程數是否達到最大值，如果沒有，就會創建新的線程來執行任務
5.如果任務隊列已滿、線程數已達到最大值，此時線程池已經無法再接受新的任務，當收到任務之後，會執行拒絕策略

我們再回頭來看上文提到的ThreadPoolExecutor構造方法中的七個參數，這些參數會直接影響線程的執行情況，各個參數的變化情況，可以用如下幾點來概括：

1.當線程池中的線程數小於 corePoolSize 時，新任務都不排隊而是直接創新新線程來執行
2.當線程池中的線程數大於等於 corePoolSize，workQueue 未滿時，將新任務添加到 workQueue 中而不是創建新線程來執行
3.當線程池中的線程數大於等於 corePoolSize，workQueue 已滿，但是線程數小於 maximumPoolSize 時，此時會創建新的線程來處理被添加的任務
4.當線程池中的線程數大於等於 maximumPoolSize，並且 workQueue 已滿，新任務會被拒絕，使用 handler 執行被拒絕的任務

ThreadPoolExecutor執行任務的部分核心源碼如下！

2.2.1、execute 提交任務

public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
        throw new NullPointerException();
    int c = ctl.get();
	// 工作線程數量 < corePoolSize，直接創建線程執行任務
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
        if (addWorker(command, true))
            return;
        c = ctl.get();
    }
	// 工作線程數量 >= corePoolSize，將任務添加至阻塞隊列中
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
        int recheck = ctl.get();
		// 往阻塞隊列中添加任務的時候，如果線程池非運行狀態，將任務remove，並執行拒絕策略
        if (! isRunning(recheck) && remove(command))
            reject(command);
        else if (workerCountOf(recheck) == 0)
            addWorker(null, false);
    }
    // 阻塞隊列已滿，嘗試添加新的線程去執行，如果工作線程數量 >= maximumPoolSize，執行拒絕策略
    else if (!addWorker(command, false))
        reject(command);
}

2.2.2、addWorker 創建線程加入線程池

private boolean addWorker(Runnable firstTask, boolean core) {
    retry:
    for (;;) {
        int c = ctl.get();
        int rs = runStateOf(c);

		// 線程池狀態處於非 RUNNING 狀態，添加worker失敗
        if (rs >= SHUTDOWN &&
            ! (rs == SHUTDOWN &&
               firstTask == null &&
               ! workQueue.isEmpty()))
            return false;
		// 判斷線程池中線程數量大於等於該線程池允許的最大線程數量，如果大於則worker失敗，反之cas更新線程池中的線程數
        for (;;) {
            int wc = workerCountOf(c);
            if (wc >= CAPACITY ||
                wc >= (core ? corePoolSize : maximumPoolSize))
                return false;
            if (compareAndIncrementWorkerCount(c))
                break retry;
            c = ctl.get();  // Re-read ctl
            if (runStateOf(c) != rs)
                continue retry;
            // else CAS failed due to workerCount change; retry inner loop
        }
    }

    boolean workerStarted = false;
    boolean workerAdded = false;
    Worker w = null;
    try {
		// 創建工作線程
        w = new Worker(firstTask);
        final Thread t = w.thread;
        if (t != null) {
            final ReentrantLock mainLock = this.mainLock;
            mainLock.lock();
            try {
                int rs = runStateOf(ctl.get());
                if (rs < SHUTDOWN ||
                    (rs == SHUTDOWN && firstTask == null)) {
                	// 如果線程池處於 RUNNING 狀態並且線程已經啓動，則拋出線程異常啓動
                    if (t.isAlive()) 
                        throw new IllegalThreadStateException();
					// 將線程加入已創建的工作線程集合，更新用於追蹤線程池中線程數量 largestPoolSize 字段
                    workers.add(w);
                    int s = workers.size();
                    if (s > largestPoolSize)
                        largestPoolSize = s;
                    workerAdded = true;
                }
            } finally {
                mainLock.unlock();
            }
            if (workerAdded) {
				// 啓動線程執行任務
                t.start();
                workerStarted = true;
            }
        }
    } finally {
        if (! workerStarted)
            addWorkerFailed(w);
    }
    return workerStarted;
}

2.2.3、runWorker 執行任務

final void runWorker(Worker w) {
	// 獲取執行任務線程
    Thread wt = Thread.currentThread();
    // 獲取執行任務
    Runnable task = w.firstTask;
	// 將worker中的任務置空
    w.firstTask = null;
    w.unlock(); // allow interrupts
    boolean completedAbruptly = true;
    try {
    	// 從當前工作線程種獲取任務，或者循環從阻塞任務隊列中獲取任務
        while (task != null || (task = getTask()) != null) {
            w.lock();
			// 雙重檢查線程池是否正在停止，如果線程池停止，並且當前線程能夠中斷，則中斷線程
            if ((runStateAtLeast(ctl.get(), STOP) ||
                 (Thread.interrupted() &&
                  runStateAtLeast(ctl.get(), STOP))) &&
                !wt.isInterrupted())
                wt.interrupt();
            try {
				// 前置執行任務鉤子函數
                beforeExecute(wt, task);
                Throwable thrown = null;
                try {
					// 執行當前任務
                    task.run();
                } catch (RuntimeException x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Error x) {
                    thrown = x; throw x;
                } catch (Throwable x) {
                    thrown = x; throw new Error(x);
                } finally {
					// 後置執行任務鉤子函數
                    afterExecute(task, thrown);
                }
            } finally {
                task = null;
                w.completedTasks++;
                w.unlock();
            }
        }
        completedAbruptly = false;
    } finally {
		// 回收線程
        processWorkerExit(w, completedAbruptly);
    }
}

2.2.4、reject 執行拒絕策略

final void reject(Runnable command) {
	// 執行拒絕策略
    handler.rejectedExecution(command, this);
}

當線程池中的線程數大於等於 maximumPoolSize，並且 workQueue 已滿，新任務會被拒絕，使用RejectedExecutionHandler接口的rejectedExecution()方法來處理被拒絕的任務。

線程池提供了四種拒絕策略實現類來拒絕任務，具體如下：

類	描述
AbortPolicy	直接拋出一個RejectedExecutionException，這也是JDK默認的拒絕策略
DiscardPolicy	什麼也不做，直接丟棄任務
DiscardOldestPolicy	將阻塞隊列中的任務移除出來，然後執行當前任務
CallerRunsPolicy	嘗試直接運行被拒絕的任務，如果線程池已經被關閉了，任務就被丟棄了

2.3、ThreadPoolExecutor 線程池狀態

我們知道 Java 種的線程一共 6 種狀態，其實線程池也有狀態。

因爲線程池也是異步執行的，有的任務正在執行，有的任務存儲在任務隊列中，有的線程處於工作狀態，有的線程處於空閒狀態等待回收，爲了更加精細化的管理線程池，線程池也設計了 5 中狀態，部分核心源碼如下：

public class ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService {

	// 線程池線程數的bit數
	private static final int COUNT_BITS = Integer.SIZE - 3;
	
	// 線程池狀態
	private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
	private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
	private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
	private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
	private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;
}

其中的狀態流程，可以用如下圖來描述！

這幾個狀態的轉化關係，可以用如下幾個步驟來概括：

1.線程池創建完之後，默認就進入了可執行狀態RUNNING，此時線程數爲 0，當有任務進來時，再創建新線程來執行，可以看成是一個慢啓動的過程
2.當線程池處於運行狀態時，可以通過shutdown()或者shutdownNow()方法來改變運行狀態。shutdown()是一個平穩的關閉操作，線程池停止接受新的任務，同時等待已經提交的任務執行完畢，包括那些進入隊列還沒有開始的任務，這時候線程池處於 SHUTDOWN 狀態；shutdownNow()是一個立即關閉的操作，線程池立刻停止接受新的任務，同時線程池取消所有執行的任務和已經進入隊列但是還沒有執行的任務，這時候線程池處於 STOP 狀態
3.當任務隊列和線程池均爲空的時候，SHUTDOWN 或者 STOP 狀態，就會進入 TIDYING 狀態，等待被終止
4.當terminated()方法被調用完成之後，線程池會從 TIDYING 狀態進入 TERMINATED 狀態，此時線程池就結束了

三、線程池應用

正如文章的開頭所介紹的，使用線程池的方式，通常可以用如下幾個步驟來概括：

// 1.創建固定大小爲4的線程數、空閒線程的存活時間爲15秒、阻塞任務隊列的上限爲1000的線程池完整示例
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(4, 4, 15, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1000), Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

// 2.提交任務
executor.submit(task1);
executor.submit(task2);
executor.submit(task3);
...

// 3.使用完畢之後，可以手動關閉線程池
executor.shutdown();

正如上文所說，其中execute()和submit()方法都可以用來提交任務，稍有不同的是：submit()方法同時還支持獲取任務執行完畢的返回結果。

針對線程池的使用，Java 還提供了Executors工具類，開發者可以通過此工具，快速創建不同類型的線程池。

下面我們一起來看下Executors爲用戶提供的幾種創建線程池的方法。

3.1、newSingleThreadExecutor

newSingleThreadExecutor()方法表示創建一個單線程的線程池，核心源碼如下：

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
    return new FinalizableDelegatedExecutorService
        (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
}

從構造參數上可以很清晰的看到，線程池中的線程數爲 1，不會被線程池自動回收，workQueue 選擇的是無界的LinkedBlockingQueue阻塞隊列，不管來多少任務存入阻塞隊列中，前面一個任務執行完畢，再執行隊列中的剩餘任務。

簡單應用示例如下：

public static void main(String[] args) {
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    final Random random = new Random();
    List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

    // 創建一個單線程線程池
    ExecutorService executor  = Executors.newSingleThreadExecutor();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        executor.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                list.add(random.nextInt(100));
                System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName());
            }
        });
    }

    while (true){
        if(list.size() >= 10){
            break;
        }
    }
    System.out.println("執行耗時：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    // 關閉線程池
    executor.shutdown();
}

運行結果如下：

thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-1
執行耗時：13ms

3.2、newFixedThreadPool

newFixedThreadPool()方法表示創建一個固定大小線程數的線程池，核心源碼如下：

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                  0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                  new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

固定大小的線程池和單線程的線程池有異曲同工之處，無非是讓線程池中能運行的線程數量支持手動指定。

簡單應用示例如下：

public static void main(String[] args) {
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    final Random random = new Random();
    List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

    // 創建固定大小線程數爲3的線程池
    ExecutorService executor  = Executors.newFixedThreadPool(3);
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        executor.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                list.add(random.nextInt(100));
                System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName());
            }
        });
    }

    while (true){
        if(list.size() >= 10){
            break;
        }
    }
    System.out.println("執行耗時：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    // 關閉線程池
    executor.shutdown();
}

運行結果如下：

thread name:pool-1-thread-2
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-3
thread name:pool-1-thread-3
thread name:pool-1-thread-3
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-3
thread name:pool-1-thread-2
thread name:pool-1-thread-2
thread name:pool-1-thread-1
執行耗時：10ms

3.3、newCachedThreadPool

newCachedThreadPool()方法表示創建一個可緩存的無界線程池，核心源碼如下：

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                  60L, TimeUnit.SECONDS,
                                  new SynchronousQueue<Runnable>());
}

從構造參數上可以看出，線程池中的最大線程數爲Integer.MAX_VALUE，也就是Integer的最大值，workQueue 選擇的是SynchronousQueue阻塞隊列，這個阻塞隊列不像LinkedBlockingQueue，它沒有容量，只負責做臨時任務緩存，如果有任務進來立刻會被執行。

也就是說，只要添加進去了任務，線程就會立刻去執行，當任務超過線程池的線程數則創建新的線程去執行，線程數量的最大上線爲Integer.MAX_VALUE，當線程池中的線程空閒時間超過 60s，則會自動回收該線程。

簡單應用示例如下：

public static void main(String[] args) {
    long startTime = System.currentTimeMillis();
    final Random random = new Random();
    List<Integer> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

    // 創建可緩存的無界線程池
    ExecutorService executor  = Executors.newCachedThreadPool();
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        executor.submit(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                list.add(random.nextInt(100));
                System.out.println("thread name:" + Thread.currentThread().getName());
            }
        });
    }

    while (true){
        if(list.size() >= 10){
            break;
        }
    }
    System.out.println("執行耗時：" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");
    // 關閉線程池
    executor.shutdown();
}

運行結果如下：

thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-2
thread name:pool-1-thread-3
thread name:pool-1-thread-4
thread name:pool-1-thread-3
thread name:pool-1-thread-2
thread name:pool-1-thread-1
thread name:pool-1-thread-4
thread name:pool-1-thread-4
thread name:pool-1-thread-4
執行耗時：13ms

3.4、newScheduledThreadPool

newScheduledThreadPool()方法表示創建週期性的線程池，可以指定線程池中的核心線程數，支持定時及週期性任務的執行，核心源碼如下：

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
          new DelayedWorkQueue());
}

從構造參數上可以看出，線程池支持指定核心線程數，最大線程數爲Integer.MAX_VALUE，workQueue 選擇的是DelayedWorkQueue延遲阻塞隊列，這個阻塞隊列支持任務延遲消費，新加入的任務不會立刻被執行，只有時間到期之後纔會被取出；當非核心線程處於空閒狀態時，會立刻進行收回。

ScheduledExecutorService支持三種類型的定時調度方法，分別如下：

schedule：支持指定多久執行一次任務
scheduleAtFixedRate：支持週期性間隔多久的執行任務
scheduleWithFixedDelay：同樣也是指週期性的執行任務，不過它指的是上一個任務執行完之後，延遲多久執行下一個任務

下面我們一起來看看它們的應用方式。

3.4.1、schedule 方法使用示例

SimpleDateFormat sdf =new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");

// 創建線程數量爲2的定時調度線程池
ScheduledExecutorService executor  = Executors.newScheduledThreadPool(2);
System.out.println(sdf.format(new Date()) +  " 準備啓動");
// 定時執行一次的任務，延遲1s後執行
executor.schedule(new Runnable() {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(sdf.format(new Date()) +  " thread name:" + Thread.currentThread().getName() +  ", schedule");

    }
}, 1, TimeUnit.SECONDS);

輸出結果：

2023-11-17 01:41:12 準備啓動
2023-11-17 01:41:13 thread name:pool-1-thread-1, schedule

3.4.2、scheduleAtFixedRate 方法使用示例

SimpleDateFormat sdf =new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");

// 創建線程數量爲2的定時調度線程池
ScheduledExecutorService executor  = Executors.newScheduledThreadPool(2);
System.out.println(sdf.format(new Date()) +  " 準備啓動");

// 週期性地執行任務，第一個任務延遲1s後執行，之後每隔2s週期性執行任務，需要等待上一次的任務執行完畢才執行下一個
executor.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(sdf.format(new Date()) +  " thread name:" + Thread.currentThread().getName() +  " begin");
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(sdf.format(new Date()) +  " thread name:" + Thread.currentThread().getName() +  " end");
    }
}, 1, 2, TimeUnit.SECONDS);

輸出結果：

2023-11-17 02:00:44 準備啓動
2023-11-17 02:00:45 thread name:pool-1-thread-1 begin
2023-11-17 02:00:48 thread name:pool-1-thread-1 end
2023-11-17 02:00:48 thread name:pool-1-thread-1 begin
2023-11-17 02:00:51 thread name:pool-1-thread-1 end
2023-11-17 02:00:51 thread name:pool-1-thread-1 begin
2023-11-17 02:00:54 thread name:pool-1-thread-1 end

3.4.3、scheduleWithFixedDelay 方法使用示例

SimpleDateFormat sdf =new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");

// 創建線程數量爲2的定時調度線程池
ScheduledExecutorService executor  = Executors.newScheduledThreadPool(2);
System.out.println(sdf.format(new Date()) +  " 準備啓動");
// 週期性地執行任務，第一個任務延遲1s後執行，之後上一個任務執行完畢之後，延遲2秒再執行下一個任務
executor.scheduleWithFixedDelay(new Runnable() {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(sdf.format(new Date()) +  " thread name:" + Thread.currentThread().getName() +  " begin");
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(sdf.format(new Date()) +  " thread name:" + Thread.currentThread().getName() +  " end");

    }
}, 1, 2, TimeUnit.SECONDS);

輸出結果：

2023-11-17 01:53:26 準備啓動
2023-11-17 01:53:27 thread name:pool-1-thread-1 begin
2023-11-17 01:53:30 thread name:pool-1-thread-1 end
2023-11-17 01:53:32 thread name:pool-1-thread-1 begin
2023-11-17 01:53:35 thread name:pool-1-thread-1 end
2023-11-17 01:53:37 thread name:pool-1-thread-1 begin
2023-11-17 01:53:40 thread name:pool-1-thread-1 end

3.5、工廠方法小結

從以上的介紹中，我們可以對這四種線程池的參數做一個彙總，內容如下表：

工廠方法	corePoolSize	maximumPoolSize	keepAliveTime	workQueue
newSingleThreadExecutor	1	1	0	LinkedBlockingQueue
newFixedThreadPool	nThreads	nThreads	0	LinkedBlockingQueue
newCachedThreadPool	0	Integer.MAX_VALUE	60s	SynchronousQueue
newScheduledThreadPool	corePoolSize	Integer.MAX_VALUE	0	DelayedWorkQueue

這四個線程池，主要的區別在於：corePoolSize、maximumPoolSize、keepAliveTime、workQueue 這四個參數，其中線程工廠爲默認類DefaultThreadFactory，線程飽和的拒絕策略爲默認類AbortPolicy。

四、小結

結合以上的分析，最後我們再來總結一下。

對於線程池的使用，不太建議採用Executors工具去創建，儘量通過ThreadPoolExecutor的構造方法來創建，原因在於：有利於規避資源耗盡的風險；同時建議開發者手動設定任務隊列的上限，防止服務出現 OOM。

雖然Executors工具提供了四種創建線程池的方法，能幫助開發者省去繁瑣的參數配置，但是newSingleThreadExecutor和newFixedThreadPool方法創建的線程池，任務隊列上限爲Integer.MAX_VALUE，這意味着可以無限提交任務，這在高併發的環境下，系統可能會出現 OOM，導致整個線程池不可用；其次newCachedThreadPool方法也存在同樣的問題，無限的創建線程可能會給系統帶來更多的資源消耗。

其次，創建線程池的時候應該儘量給線程定義一個具體的業務名字前綴，方便定位問題，不同類型的業務儘量使用不同的線程池來實現。

例如可以使用guava包，創建自定義的線程工廠。

ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder()
                        .setNameFormat(threadNamePrefix + "-%d")
                        .setDaemon(true).build();

當然，你也可以自行實現一個線程工廠，需要繼承ThreadFactory接口，案例如下：

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * 線程工廠，它設置線程名稱，有利於我們定位問題。
 */
public final class NamingThreadFactory implements ThreadFactory {

    private final AtomicInteger threadNum = new AtomicInteger();
    private final ThreadFactory delegate;
    private final String name;

    /**
     * 創建一個帶名字的線程池生產工廠
     */
    public NamingThreadFactory(ThreadFactory delegate, String name) {
        this.delegate = delegate;
        this.name = name;
    }

    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = delegate.newThread(r);
        t.setName(name + "-" + threadNum.incrementAndGet());
        return t;
    }
}

創建一個線程名稱以order開頭的線程工廠。

NamingThreadFactory threadFactory = new NamingThreadFactory(Executors.defaultThreadFactory(), "order");

最後，再來說說關於線程池中線程數，如何合理設定的問題？

對於需要消耗 CPU 資源的密集型任務，可以將線程數設置爲 N（CPU 核心數）+1，比 CPU 核心數多出來的一個線程是爲了防止線程偶發的缺頁中斷，或者其它原因導致的任務暫停而帶來的影響
對於需要消耗 I/O 資源的密集型任務，可以將線程數設置爲 2N，原因在於：線程在處理 I/O 的時間段內不會佔用 CPU 資源，這時就可以將 CPU 交出給其它線程使用，因此可以多配置一些線程數

那如何判斷當前是 CPU 密集型任務還是 I/O 密集型任務呢？

最簡單的方法就是：如果當前任務涉及到網絡讀取，文件讀取等，這類都是 IO 密集型任務，除此之外，可以看成是 CPU 密集型任務。

本文篇幅比較長，難免有描述不對的地方，歡迎大家留言指出！

多線程系列(十四) -一文帶你搞懂線程池技術

一、前言

二、線程池概述

2.1、ThreadPoolExecutor 構造方法

2.2、ThreadPoolExecutor 執行流程

2.2.1、execute 提交任務

2.2.2、addWorker 創建線程加入線程池

2.2.3、runWorker 執行任務

2.2.4、reject 執行拒絕策略

2.3、ThreadPoolExecutor 線程池狀態

三、線程池應用

3.1、newSingleThreadExecutor

3.2、newFixedThreadPool

3.3、newCachedThreadPool

3.4、newScheduledThreadPool

3.4.1、schedule 方法使用示例

3.4.2、scheduleAtFixedRate 方法使用示例

3.4.3、scheduleWithFixedDelay 方法使用示例

3.5、工廠方法小結

四、小結

五、參考

多線程系列(二十一) -ForkJoin使用詳解

多線程系列(二十) -CompletableFuture使用詳解

多線程系列(十九) -Future使用詳解

多線程系列(十七) -線程組介紹

多線程系列(十八) -AQS原理淺析

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結