Java中的线程池ThreadPoolExecutor详解

描述
线程池是一种多线程处理形式，处理过程中将任务添加到队列，然后在创建线程后自动启动这些任务。ThreadPoolExecutor是Java中功能最丰富、最灵活的线程池实现类，理解其工作原理对于编写高效并发程序至关重要。

核心参数解析
ThreadPoolExecutor有7个核心参数，我们先从最简单的开始：

1. 核心线程数（corePoolSize）

   • 线程池中始终保持存活的线程数量（即使线程空闲）
   • 默认情况下，核心线程不会超时终止，除非设置allowCoreThreadTimeOut

2. 最大线程数（maximumPoolSize）

   • 线程池允许创建的最大线程数量
   • 当工作队列满了且核心线程都在忙时，会创建新线程直到达到此限制

3. 工作队列（workQueue）

   • 用于保存等待执行的任务的阻塞队列
   • 常见实现：ArrayBlockingQueue（有界）、LinkedBlockingQueue（无界）、SynchronousQueue（不存储）

4. 线程存活时间（keepAliveTime）

   • 当线程数超过核心线程数时，多余的空闲线程在终止前等待新任务的最长时间

5. 时间单位（unit）

   • keepAliveTime的时间单位（秒、毫秒等）

6. 线程工厂（threadFactory）

   • 用于创建新线程的工厂，可以设置线程名称、优先级等

7. 拒绝策略（handler）

   • 当所有线程都在忙且工作队列已满时，对新任务的处理策略

线程池工作流程
让我们通过一个具体例子来理解线程池的执行逻辑：

假设线程池配置：corePoolSize=2, maximumPoolSize=5, workQueue容量=10

1. 任务提交阶段

   • 第1-2个任务：创建核心线程执行（线程1、线程2）
   • 第3-12个任务：放入工作队列等待执行
   • 第13个任务：此时队列已满，创建新线程（线程3）
   • 第14-15个任务：继续创建新线程（线程4、线程5）
   • 第16个任务：触发拒绝策略

2. 任务处理阶段

   • 核心线程处理完当前任务后，会从队列中获取下一个任务
   • 非核心线程空闲时间超过keepAliveTime后会自动终止

拒绝策略详解
Java提供4种内置拒绝策略：

1. AbortPolicy（默认）

   • 直接抛出RejectedExecutionException异常

2. CallerRunsPolicy

   • 让提交任务的线程自己执行该任务

3. DiscardPolicy

   • 直接丢弃任务，不抛异常

4. DiscardOldestPolicy

   • 丢弃队列中最旧的任务，然后重新尝试执行当前任务

实际使用示例

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    2, // 核心线程数
    5, // 最大线程数  
    60, // 空闲时间
    TimeUnit.SECONDS, // 时间单位
    new ArrayBlockingQueue<>(10), // 工作队列
    Executors.defaultThreadFactory(), // 线程工厂
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 拒绝策略
);

// 提交任务
for (int i = 0; i < 15; i++) {
    final int taskId = i;
    executor.execute(() -> {
        System.out.println("任务" + taskId + "在线程" + 
            Thread.currentThread().getName() + "执行");
    });
}

线程池状态管理
ThreadPoolExecutor使用原子整数存储状态和线程数：

• RUNNING：接受新任务，处理队列任务
• SHUTDOWN：不接受新任务，但处理队列任务
• STOP：不接受新任务，不处理队列任务，中断正在执行的任务
• TIDYING：所有任务终止，线程数为0
• TERMINATED：terminated()方法执行完成

最佳实践建议

1. 根据任务类型选择合适的队列：

   • CPU密集型：较小队列大小，避免过多任务排队
   • IO密集型：较大队列，充分利用CPU

2. 合理设置线程数：

   • CPU密集型：核心数+1
   • IO密集型：2*CPU核心数

3. 使用有界队列避免内存溢出

4. 为线程设置有意义的名称便于排查问题

理解ThreadPoolExecutor的运作机制，能够帮助你在实际开发中根据具体业务需求合理配置线程池参数，达到最佳的性能表现。