ThreadPool-线程池使用及原理

1. 线程池使用方式

示例代码：

// 一池N线程
Executors.newFixedThreadPool(int)
// 一个任务一个任务执行，一池一线程
Executors.newSingleThreadExecutorO
// 线程池根据需求创建线程，可扩容，遇强则强
Executors.newCachedThreadPool()
// 自定义线程池方式
new ThreadPoolExecutor(...)

注：一般在工作中都是根据业务场景进行自定义线程池，进行使用；
自定义线程池方法；详见后面章节：自定义线程池

2. 线程池底层工作原理

a. 线程池参数：

线程池，具有多个参数：具有各自的含义：

七参数：

corePoolSize：核心线程数，一直保持活跃状态的线程
maximumPoolSize：最大线程数，线程池能容纳的最大线程数量
keepAliveTime：空闲线程存活时间，非核心线程的空闲存活时间
unit：存活的时间单位，非核心线程的空闲存活时间单位
workQueue：存放未执行任务的队列
threadFactory：线程工厂，创建线程的工厂类
handler：拒绝策略，队列满了和达到最大线程数后的拒绝策略

如图：
在这里插入图片描述

b. 线程池的拒绝策略

AbortPolicy：默认，直接抛出RejectedExcutionException异常，阻止系统正常运行
CallerRunsPolicy：该策略既不会抛弃任务，也不会抛出异常，而是将某些任务回退到调用者
DiscardPolicy：直接丢弃任务，不予任何处理也不抛出异常，如果允许任务丢失，这是一种好方案
DiscardOldestPolicy：抛弃队列中等待最久的任务，然后把当前任务加入队列中尝试再次提交当前任务

c. 线程池底层工作原理

在创建了线程池后，如果设置了核心线程数（corePoolSize），则线程池中的线程数会先创建相应数量的核心线程。如果没有任务到达，这些核心线程会保持活动状态。
当调用execute()方法添加一个请求任务时，线程池会根据以下判断来决定任务的执行方式：
- 如果正在运行的线程数量小于核心线程数（corePoolSize），则会立即使用核心线程来执行任务。
- 如果正在运行的线程数量大于或等于核心线程数，但任务队列未满，则任务会被放入队列中等待执行。
- 如果队列已满且正在运行的线程数量小于最大线程数（maximumPoolSize），则会创建非核心线程来执行任务。
  - 这里需要注意，是先执行新的任务，队列里的任务不会执行，详见：5. 注意事项
- 如果队列已满且正在运行的线程数量已达到最大线程数，且拒绝策略允许，那么线程池会启动拒绝策略来处理新任务。
当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行，或者在没有任务的情况下进入等待状态。
当一个线程空闲时间超过设定的keepAliveTime时，线程池会根据以下判断来决定线程的命运：
- 如果当前运行的线程数大于核心线程数（corePoolSize），则空闲线程会被终止。
- 线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到核心线程数的大小。
注意事项：

在Java中java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor线程池的默认行为是，当任务队列已满且再来一个新任务时，创建的新线程会被用来执行新来的任务而不是队列里已有的任务。
线程工作原理示意图：

3. 自定义线程池

a. 介绍：

前面提到过，一般在工作中都是根据业务场景进行自定义线程池；西面是阿里巴巴开发手册的说明；
在这里插入图片描述

b. 实现：

实现代码如下：

import org.jetbrains.annotations.NotNull;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * @author xxx
 * @version 1.0
 * @date xxx
 */

@Configuration
public class ThreadPoolExecutorConfig {

    @Bean
    public ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor() {
        // 创建自定义线程池
        int corePoolSize = 2; // 核心线程数
        int maxPoolSize = 4; // 最大线程数
        long keepAliveTime = 10; // 线程空闲时间
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS; // 时间单位
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(10); // 任务队列
        ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory(); // 线程工厂
        RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy(); // 拒绝策略
        
        // 创建ThreadPoolExecutor对象
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(
                corePoolSize,
                maxPoolSize,
                keepAliveTime,
                unit,
                workQueue,
                threadFactory,
                handler
        );
        return threadPool;
    }
}

4. 线程池参数的选择原则

仅供参考：具体的线程池参数，需要根据业务场景，进行合理的测试选择

一般原则：

在使用java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor自定义线程池时，参数的设置需要根据具体的业务场景和需求进行调整。以下是一些常用的业务场景和设置原则：

短时任务场景：
corePoolSize (n+1)：可以设置较小的值，例如CPU核心数加1。
maximumPoolSize (2n)：根据系统负载情况和任务的短时性来设置。通常可以设置为核心线程数的两倍或者根据系统资源进行调整。
workQueue：可以选择容量较小的队列，例如SynchronousQueue，以避免任务积压。
长时任务场景：
corePoolSize：可以设置为一个相对较大的值，以确保有足够的线程处理任务。
maximumPoolSize：根据系统负载和任务的长时性来设置。如果长时任务较多，可以将最大线程数设置得较大一些。
keepAliveTime 和 TimeUnit：根据任务的处理时长和系统的响应时间来设置空闲线程的存活时间。
I/O密集型任务场景：
corePoolSize(2n)：可以设置为较大的值，以充分利用系统资源，加速I/O操作。
maximumPoolSize：根据系统负载和I/O操作的并发数来设置，可以设置得比较大以应对高并发的情况。
workQueue：可以选择一个适当大小的队列，以充分缓冲I/O任务，但不至于占用过多内存。
CPU密集型任务场景：
corePoolSize：可以根据CPU核心数设置，以充分利用系统的多核处理能力。
maximumPoolSize：可以设置得比较大，以应对突发的CPU密集型任务，但不要超过系统负载的承受范围。
workQueue：选择一个合适大小的队列来缓冲任务，避免因任务积压导致性能下降。