學好執行緒池，搞定高併發！（文末福利）

來源：JAVA日知錄

在真實高併發場景下，一般不會直接使用 Thread 類建立執行緒，而是使用執行緒池來建立並管理執行緒。可以這麼說，學好執行緒池對於併發程式設計是非常重要的。

01

執行緒池簡介

執行緒池的建立和回收是一個非常消耗系統資源的過程，如果在系統中頻繁地建立和回收執行緒，會極大降低程式的執行效能。並且，短時間內建立大量的執行緒可能造成 CPU 佔用 100%、當機或記憶體溢位等問題。而使用執行緒池就能非常輕鬆地解決這些問題。

執行緒池核心類繼承關係

執行緒池是 Java 從 JDK 1.5 版本開始提供的一種執行緒使用模式，能夠自動建立和回收執行緒，並管理執行緒的生命週期。線上程池中能夠管理和維護多個執行緒。

Java 的執行緒池主要是透過 Executor 框架實現的，涉及 Executor 介面、ExecutorServcie 介面、AbstractExecutorService 抽象類、ScheduledExecutorService 介面、ThreadPoolExecutor 類和ScheduledThreadPoolExecutor 類。執行緒池核心類繼承關係如下圖所示。

實現執行緒池最核心的類是ThreadPoolExecutor，而 ScheduledThreadPoolExecutor 類實現了定時任務功能，能夠使提交到執行緒池中的任務定時、定期執行。為了便於建立執行緒池，除了上圖所示的介面和類，JDK 還提供了一個 Executors 工具類，Executors 類中封裝了建立執行緒池的各種方法，專門用於建立執行緒池。不過，在真實的高併發場景下，並不推薦使用 Executors 工具類建立執行緒池，而是推薦直接使用 ThreadPoolExecutor 類建立執行緒池。

02

執行緒池的優點

這裡，綜合對比直接使用 Thread 類建立執行緒的弊端與使用執行緒池的優點，來加深讀者對執行緒池的理解。

1．直接使用 Thread 類建立執行緒的缺點

直接在程式中使用 Thread 類建立執行緒的方式是非常不可取的，主要體現在如下幾方面。

（1）每次透過 Thread 類建立一個執行緒物件的效能是非常差的，每次建立 Thread 物件後，呼叫 Thread 的 start()方法都會在作業系統層面分配一個與之對應的執行緒，這個過程比較耗時。

（2）直接使用 Thread 類建立執行緒缺乏有效的統一管理機制，如果在短時間內建立大量執行緒，執行緒之間就會競爭系統資源，可能造成 CPU 佔用 100%、當機或者記憶體溢位等問題。

（3）直接使用 Thread 類建立執行緒提供的執行緒功能非常有限，例如，無法讓執行緒執行更多的任務、無法定期執行某些任務等。

（4）直接使用 Thread 類建立執行緒，無法對執行緒進行有效監控。

2．使用執行緒池管理執行緒的優點

使用執行緒池能夠非常容易地解決直接使用 Thread 建立執行緒產生的問題，主要體現在如下幾方面。

（1）執行緒池能夠複用執行緒資源，有效減少了執行緒的建立和回收頻率，減少了執行緒的建立與回收對系統效能造成的影響，比直接使用 Thread 類建立執行緒的系統效能高。

（2）使用執行緒池能夠有效控制最大併發執行緒數，提高系統資源的利用率。建立的執行緒數是可控的，短時間內不會因為建立大量的執行緒導致執行緒過多地競爭資源，引起執行緒阻塞。

（3）線上程池中可以定時或定期執行某個或某些任務，提供了單執行緒執行任務的機制，也能夠控制併發執行緒數。執行緒池提供了監控執行緒資源的方法，可以對執行緒池中的執行緒資源進行實時監控。

03

ThreadPoolExecutor 類

ThreadPoolExecutor 是執行緒池中最核心的類，透過檢視 ThreadPoolExecutor 的程式碼可以得知，在使用 ThreadPoolExecutor 類的構造方法建立執行緒池時，最終會呼叫具有 7 個引數的構造方法，

程式碼如下。

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

接下來，對 ThreadPoolExecutor 類構造方法中每個引數的具體含義進行簡單的介紹。

（1）corePoolSize 引數。表示執行緒池的核心執行緒數。

（2）maximumPoolSize 引數。表示執行緒池中的最大執行緒數。

（3）keepAliveTime 引數。表示執行緒沒有任務執行狀態保持的最長時間。當執行緒池中的執行緒數量大於 corePoolSize 時，如果沒有新的任務提交，則核心執行緒外的執行緒不會立即銷燬，需要等待，直到等待的時間超過 keepAliveTime 才會終止。

（4）unit 引數。表示 keepAliveTime 的時間單位。

（5）workQueue 引數。表示執行緒池中的阻塞佇列，儲存等待執行的任務。

（6）threadFactory 引數。執行緒工廠，用來建立執行緒池中的執行緒。提供一個預設的執行緒工廠來建立執行緒，當使用預設的執行緒工廠建立執行緒時，會為執行緒設定一個名稱，使新建立的執行緒具有相同的優先順序，並且是非守護執行緒。 

（7）rejectHandler 引數。表示拒絕處理任務時的策略。當 workQueue 阻塞佇列已滿、執行緒池中的執行緒數已經達到最大，且執行緒池中沒有空閒執行緒時，如果繼續提交任務，就需要採取一種策略來處理這個任務。

其中，在 ThreadPoolExecutor 類的構造方法中，最重要的 3 個引數是 corePoolSize、maximumPoolSize 和 workQueue，這 3 個引數會對執行緒池的執行過程產生重大的影響。

三者的關係如下

• 如果執行緒池中執行的執行緒數小於 corePoolSize，則直接建立新執行緒處理任務，即使執行緒池中的其他執行緒是空閒的。

• 如果執行的執行緒數大於或等於 corePoolSize 並且小於 maximumPoolSize，則只有當workQueue 佇列滿時，才會建立新的執行緒處理任務。如果 workQueue 佇列不滿，則將新提交的任務放入 workQueue 佇列中。當設定的 corePoolSize 與 maximumPoolSize 相同時，建立的執行緒池大小是固定的，如果滿足有新任務提交、執行緒池中沒有空閒執行緒，且 workQueue 未滿的條件，就把請求放入workQueue，等待空閒的執行緒從 workQueue 中取出任務進行處理。

• 如果執行的執行緒數量大於 maximumPoolSize，同時 workQueue 已滿，則透過拒絕策略參數 rejectHandler 來指定處理策略。

  執行緒池提供了 4 種拒絕策略，分別如下。

• 直接丟擲異常，這也是預設的策略。實現類為 AbortPolicy。

• 使用呼叫者所在的執行緒來執行任務。實現類為 CallerRunsPolicy。

• 丟棄佇列中最靠前的任務並執行當前任務。實現類為 DiscardOldestPolicy。

• 直接丟棄當前任務。實現類為 DiscardPolicy。

本文節選自《深入理解高併發程式設計：JDK核心技術》一書，本書是冰河編寫的專注介紹JDK高併發程式設計技術的書籍。