最新版 Java 线程池的设计与使用｜万字笔记

1. 引言

• 目标: 了解Java线程池的概念、使用场景、创建方法及其优缺点。
• 预备知识: 基本的Java编程知识，线程和多线程的概念。

2. 理论基础

• 什么是线程池：
  • 线程池是一种管理和重用线程的机制，避免了频繁创建和销毁线程的开销。
• 为什么需要线程池：
  • 提高性能，减少资源消耗，控制线程数量，提高线程的可管理性。

3. Java线程池的实现类

• Executors框架：
  • ExecutorService接口及其实现类：ThreadPoolExecutor。
  • Executors工具类提供的快捷方法：newFixedThreadPool(), newSingleThreadExecutor(), newCachedThreadPool(), newScheduledThreadPool()。

4. 线程池的创建

• 使用Executors创建：

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);

• 自定义ThreadPoolExecutor：

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maximumPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, threadFactory, handler);

5. 线程池的使用

• 提交任务：

executor.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {// 任务代码}
});

• 获取执行结果：

Future<String> future = executor.submit(new Callable<String>() {@Overridepublic String call() throws Exception {return "Task Result";}
});
String result = future.get();

6. 线程池的关闭

• shutdown()：不会立即停止线程池，而是等待所有任务完成后再关闭。
• shutdownNow()：尝试停止所有正在执行的任务，并返回等待执行任务的列表。

7. 线程池的参数配置

• CorePoolSize：核心线程数。
• MaximumPoolSize：最大线程数。
• KeepAliveTime：线程空闲后的存活时间。
• WorkQueue：任务队列，常用类型有LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、SynchronousQueue。
• ThreadFactory：用于创建新线程的工厂。
• RejectedExecutionHandler：当线程池无法处理新任务时，使用的策略。

8. 实践与案例

• 案例1: 使用固定线程池处理大量短任务。
• 案例2: 使用缓存线程池处理不确定数量的任务。
• 案例3: 定时任务的实现。

案例 1 的实现

下面是一个使用固定线程池来处理大量短任务的 Java 示例。这个案例假设我们有大量的计算任务，每个任务执行时间较短，但总量较大，适合使用固定线程池来管理。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class FixedThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个固定大小的线程池，这里我们设定为5个线程ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);// 假设我们有10个任务需要执行for (int i = 0; i < 10; i++) {final int taskId = i;// 提交任务到线程池executor.submit(() -> {// 模拟短任务performShortTask(taskId);});}// 关闭线程池，等待所有任务完成executor.shutdown();while (!executor.isTerminated()) {// 等待所有任务完成}System.out.println("Finished all threads");}// 模拟一个短任务private static void performShortTask(int taskId) {try {// 模拟任务执行时间Thread.sleep(1000);System.out.println("Task " + taskId + " completed by " + Thread.currentThread().getName());} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}
}

解释：

1. 创建线程池:
   • 使用Executors.newFixedThreadPool(5)创建了一个固定大小的线程池，线程数为5。
2. 提交任务:
   • 使用for循环提交10个任务到线程池中。每个任务是一个lambda表达式，调用performShortTask方法。
3. 模拟短任务:
   • performShortTask方法通过Thread.sleep(1000)模拟一个执行时间为1秒的短任务。
4. 关闭线程池:
   • 使用executor.shutdown()关闭线程池，但不会立即终止线程池，而是等待所有任务完成。
   • 通过while (!executor.isTerminated())循环等待所有任务完成。
5. 输出:
   • 每个任务完成后，输出任务ID和执行该任务的线程名称。

这个例子展示了如何使用固定线程池来处理大量的短任务，线程池会复用线程，从而避免了频繁创建和销毁线程的开销。

案例 2 的实现

下面是一个使用缓存线程池来处理不确定数量任务的Java示例。缓存线程池（CachedThreadPool）会根据需要创建新的线程，但如果有空闲线程，它会重用这些线程，从而减少了线程创建和销毁的开销。

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;public class CachedThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个缓存线程池ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();// 模拟不确定数量的任务，这里我们假设有1到100之间的随机数量的任务int taskCount = (int) (Math.random() * 100) + 1;System.out.println("Total tasks to execute: " + taskCount);for (int i = 0; i < taskCount; i++) {final int taskId = i;// 提交任务到线程池executor.submit(() -> {// 模拟任务执行时间try {Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); // 任务执行时间在0到1秒之间} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt()