深入理解java线程池

一、概述
1.什么是线程池？
‌线程池（Thread Pool）‌ 是一种多线程处理机制，通过预先创建并管理一组线程来执行任务，处理完任务的线程不进行回收，而是阻塞等待下一个任务，避免频繁创建和销毁线程带来的性能开销。核心目标是 ‌复用线程资源‌、‌控制并发规模‌ 和 ‌提升系统稳定性‌。

2.为什么要使用线程池？
（1）‌降低资源消耗‌：避免频繁创建/销毁线程（线程创建成本高）。
（2）‌提高响应速度‌：任务到达时可直接使用已创建的线程来执行任务。
（3）统一管理任务‌：通过队列缓存任务，支持拒绝策略及监控。
（4）避免线程失控‌：限制线程数量，控制并发规模‌，防止因高并发导致系统崩溃。

二、如何创建线程池？
1.通过java中的Executors类来创建线程池。
Executors提供了6个静态方法，分别创建6种不同的线程池，六大静态方法 内部都是直接或间接调用ThreadPoolExecutor类的构造方法创建线程池对象，这六个静态方法本身是没有技术含量的。

下面介绍常用的四种：
(1)FixedThreadPool
　　FixedThreadPool的特点：固定池子中线程的个数。使用静态方法newFixedThreadPool()创建线程池的时候指定线程池个数。

(2)CachedThreadPool（弹性缓存线程池）
　　CachedThreadPool的特点：用newCachedThreadPool()方法创建该线程池对象， 创建之初里面一个线程都没有，当execute方法或submit方法向线程池提交任务时， 会自动新建线程；如果线程池中有空余线程，则不会新建；这种线程池一般最多情况可 以容纳几万个线程，里面的线程空余60s会被回收。

(3)SingleThreadPool（单线程线程池）
　　SingleThreadPool的特点：池中只有一个线程，如果扔5个任务进来，那么有4个任务将排队；作用是保证任务的顺序执行。
(4)ScheduledThreadpool（定时器线程池）
　注意：要用ScheduledExecutorService去创建ScheduledThreadpool，如果用Executor去引用，就只能调用Executor接口中定义的方法；如果用ExecutorService接口去引用，就只能调用ExecutorService接口中定义的方法，无法使用ScheduledExecutorService接口中新增的方法，那么也就失去了这种线程池的意义。

2.使用ThreadPoolExecutor构建一个自定义线程池。

ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(5,10,10, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<Runnable>(5),new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

3.使用Apache的guava中ThreadFactoryBuilder()来创建线程池。
（1）引入Guava依赖

<dependency><groupId>com.google.guava</groupId><artifactId>guava</artifactId><version>31.1-jre</version> <!-- 根据实际版本调整 -->
</dependency>

（2）使用ThreadFactoryBuilder创建线程池。
通过 ThreadFactoryBuilder 自定义线程工厂，并结合 ThreadPoolExecutor 创建线程池。

import com.google.common.util.concurrent.ThreadFactoryBuilder;
import java.util.concurrent.*;public class GuavaThreadPoolExample {public static void main(String[] args) {// 1. 创建线程工厂（设置线程名前缀、优先级等）ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("custom-pool-%d") // 线程名称格式（%d为线程编号）.setDaemon(false)                // 非守护线程.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY) // 默认优先级.setUncaughtExceptionHandler((t, e) -> System.err.println("线程" + t.getName() + "发生异常: " + e)).build();// 2. 创建线程池（手动指定参数）ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(4,                              // 核心线程数（corePoolSize）8,                              // 最大线程数（maximumPoolSize）30, TimeUnit.SECONDS,           // 非核心线程空闲存活时间new LinkedBlockingQueue<>(100), // 有界队列（容量100）threadFactory,                  // 自定义线程工厂new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 拒绝策略);// 3. 提交任务executor.execute(() -> System.out.println("任务执行中"));// 4. 关闭线程池executor.shutdown();}
}

三、线程池核心组成
1、线程池的参数

(1) corePoolSize：核心线程数的大小

(2) maximumPoolSize：最大线程数的大小

(3) keepAliveTime：线程的空闲时间

(4) TimeUnit：空闲时间的单位

(5) workQueue：阻塞队列

(6) threadFactory：线程工厂

(7) Handler：拒绝策略
　　
2.参数的详细说明：
　　(1) corePoolSize：池子里的线程数的大小，设置allowCoreThreadTimeOut(true)使核心线程数内的线程也可以被回收。
　　(2) maximumPoolSize：当池子里的线程数达到核心线程数的大小，队列也满了，可以继续创建的线程，直到线程数达到maximumPoolSize
　　(3) keepAliveTime：线程的空闲时间，是跟核心线程数和最大线程数之间的线程相关，这部分线程，当到达规定的空闲时间还没有获取到任务，则会被回收
　　(4) TimeUnit：空闲时间的单位
　　(5) workQueue：默认支持4种阻塞队列
　　　①ArrayBlockingQueue，基于数组的有界阻塞队列，按FIFO排序。新任务进来后，会放到该队列的队尾，有界的数组可以防止资源耗尽问题。
　　　②LinkedBlockingQuene，基于链表的无界阻塞队列（其实最大容量为Interger.MAX），按照FIFO排序。由于该队列的近似无界性，当线程池中线程数量达到corePoolSize　　　　　　后，再有新任务进来，会一直存入该队列，而不会去创建新线程直到maxPoolSize，因此使用该工作队列时，参数maxPoolSize其实是不起作用的。
　　③SynchronousQuene，一个不缓存任务的阻塞队列，生产者放入一个任务必须等到消费者取出这个任务。也就是说新任务进来时，不会缓存，而是直接被调度执行该任务，　　　　　如果没有可用线程，则创建新线程，如果线程数量达到maxPoolSize，则执行拒绝策略。
　　　　④PriorityBlockingQueue，具有优先级的无界阻塞队列，优先级通过参数Comparator实现。
　　(6) threadFactory：线程工厂，用来创建一个新线程时使用的工厂，可以用来设定线程名，是否为daemon线程等
　　(7) Handler：拒绝策略
　　　　①CallerRunsPolicy(直接拒绝任务)，该策略下，在调用者线程中直接执行被拒绝任务的run方法，除非线程池已经shutdown，则直接抛弃任务。
　　　　②AbortPolicy(直接丢弃任务，并抛异常)，该策略下，直接丢弃任务，并抛出RejectedExecutionException异常。
　　　　③DiscardPolicy(直接丢弃任务，什么都不做)，该策略下，直接丢弃任务，什么都不做。
　　　　④DiscardOldestPolicy(尝试添加新任务)，该策略下，抛弃进入队列最早的那个任务，然后 尝试把这次拒绝的任务放入队列。

3.线程池运行过程
（1）开始运行时，线程池是空的
（2）当一个任务进来，则检查池中的线程数量，是否达到corePoolSize，如果没有达到，则创建线程，执行任务。
（3）任务执行完成之后，线程不会销毁，而是阻塞等待下一个任务
（4）此时又进来一个任务，但不是直接使用阻塞的线程，而是检查线程池中的线程数大小，是否达到corePoolSize，如果没有达到，则继续创建新的线程，来执行新的任务，如此往复，直到线程池中的线程数达到corePoolSize，此时停止创建新的线程。
（5）当又来新的任务，会选择线程池中阻塞等待的线程来执行任务，有一个任务进来，唤醒一个线程来执行这个任务，处理完之后，再次阻塞，尝试在workQueue上获取下一个任务，如果线程池中没有可唤醒的线程，则任务进入workQueue，排队等待。
（6）如果队列是无界队列，比如LinkedBlockingQueue，默认最大容量为Integer.MAX，接近于无界，可用无限制的接收任务，如果队列是有界队列，比如ArrayBlockingQueue，可限定队列大小，当线程池中的线程来不及处理，然后，所有的任务都进入队列，队列的任务数也达到限定大小，此时，再来新的任务，就会入队失败，然后，就会再次尝试在线程池里创建线程，直到线程数达到maximumPoolSize，停止创建线程。
(7)此时，队列满了，新的任务无法入队，创建的线程数也达到了maximumPoolSize，无法再创建新的线程，此时，就会reject掉，使用拒绝策略RejectedExecutionHandler，不让继续提交任务，默认的是AbortPolicy策略，拒绝，并抛出异常
(8) 超出corePoolSize数创建的那部分线程，是跟空闲时间keepAliveTime相关的，如果超过keepAliveTime时间还获取不到任务，线程会被销毁，自动释放掉。

4.如何关闭线程池？
接口ExecutorService的两种关闭线程池的方式，shutdown和shutdownNow方法：
（1）shutdown()：拒收新的任务，立马关闭正在执行的任务，可能会引起报错，需要异常捕获
（2）shutdownNow()：拒收新的任务，等待任务执行完毕，要确保任务里不会有永久等待阻塞的逻辑，否则会导致线程关闭不了。

四、线程池的应用场景
线程池的应用场景广泛，主要围绕‌资源复用‌、‌任务管理‌和‌性能优化‌展开。
1.使用 FixedThreadPool 或 CachedThreadPool 处理HTTP请求，避免主线程阻塞，提升吞吐量。
例如：在电商系统中，通过线程池快速处理用户下单请求。

2.网络I/O密集型任务，如文件上传、下载或API调用，利用线程池异步执行，减少I/O等待时间。

3.日志记录与监控
通过线程池异步写入日志或上报监控数据，避免同步操作影响主流程性能。

总结：
1.线程池的核心价值在于‌平衡资源利用与系统稳定性‌，在实际使用中，根据不同的需求选择线程池，如果需要单线程顺序执行，使用SingleThreadExecutor，如果已知并发压力，使用FixedThreadPool，固定线程数的大小，执行时间小的任务，可以使用CachedThreadPool，创建可缓存的线程池，可以无限扩大线程池，可以灵活回收空闲线程，最多可容纳几万个线程，线程空余60s会被回收，需要后台执行周期任务的，可以使用ScheduledThreadPool，可以延时启动和定时启动线程池。
2.实际应用中，应避免使用无界队列导致的内存溢出，最好使用ThreadPoolExecutor自定义线程池。