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Java 線程池的作用以及該如何使用

更新時間：2021年01月26日 09:04:06 作者：字母哥博客

這篇文章主要介紹了Java 線程池的作用以及該如何使用，幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)Java的相關(guān)知識，感興趣的朋友可以了解下

服務(wù)端應(yīng)用程序（如數(shù)據(jù)庫和 Web 服務(wù)器）需要處理來自客戶端的高并發(fā)、耗時較短的請求任務(wù)，所以頻繁的創(chuàng)建處理這些請求的所需要的線程就是一個非常消耗資源的操作。常規(guī)的方法是針對一個新的請求創(chuàng)建一個新線程，雖然這種方法似乎易于實現(xiàn)，但它有重大缺點。為每個請求創(chuàng)建新線程將花費更多的時間，在創(chuàng)建和銷毀線程時花費更多的系統(tǒng)資源。因此同時創(chuàng)建太多線程的 JVM 可能會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)存不足，這就需要限制要創(chuàng)建的線程數(shù)，也就是需要使用到線程池。

一、什么是 Java 中的線程池？

線程池技術(shù)就是線程的重用技術(shù)，使用之前創(chuàng)建好的線程來執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)，并提供了針對線程周期開銷和資源沖突問題的解決方案。由于請求到達時線程已經(jīng)存在，因此消除了線程創(chuàng)建過程導(dǎo)致的延遲，使應(yīng)用程序得到更快的響應(yīng)。

Java提供了以Executor接口及其子接口ExecutorService和ThreadPoolExecutor為中心的執(zhí)行器框架。通過使用Executor，完成線程任務(wù)只需實現(xiàn) Runnable接口并將其交給執(zhí)行器執(zhí)行即可。
為您封裝好線程池，將您的編程任務(wù)側(cè)重于具體任務(wù)的實現(xiàn)，而不是線程的實現(xiàn)機制。
若要使用線程池，我們首先創(chuàng)建一個 ExecutorService對象，然后向其傳遞一組任務(wù)。ThreadPoolExcutor 類則可以設(shè)置線程池初始化和最大的線程容量。

上圖表示線程池初始化具有3 個線程，任務(wù)隊列中有5 個待運行的任務(wù)對象。

執(zhí)行器線程池方法

方法	描述
newFixedThreadPool(int)	創(chuàng)建具有固定的線程數(shù)的線程池，int參數(shù)表示線程池內(nèi)線程的數(shù)量
newCachedThreadPool()	創(chuàng)建一個可緩存線程池，該線程池可靈活回收空閑線程。若無空閑線程，則新建線程處理任務(wù)。
newSingleThreadExecutor()	創(chuàng)建一個單線程化的線程池，它只會用唯一的工作線程來執(zhí)行任務(wù)
newScheduledThreadPool	創(chuàng)建一個定長線程池，支持定時及周期性任務(wù)執(zhí)行

在固定線程池的情況下，如果執(zhí)行器當(dāng)前運行的所有線程，則掛起的任務(wù)將放在隊列中，并在線程變?yōu)榭臻e時執(zhí)行。

二、線程池示例

在下面的內(nèi)容中，我們將介紹線程池的executor執(zhí)行器。

創(chuàng)建線程池處理任務(wù)要遵循的步驟

創(chuàng)建一個任務(wù)對象(實現(xiàn)Runnable接口)，用于執(zhí)行具體的任務(wù)邏輯
使用Executors創(chuàng)建線程池ExecutorService
將待執(zhí)行的任務(wù)對象交給ExecutorService進行任務(wù)處理
停掉 Executor 線程池

//第一步： 創(chuàng)建一個任務(wù)對象(實現(xiàn)Runnable接口)，用于執(zhí)行具體的任務(wù)邏輯 (Step 1) 
class Task implements Runnable {
  private String name;

  public Task(String s) {
    name = s;
  }

  // 打印任務(wù)名稱并Sleep 1秒
  // 整個處理流程執(zhí)行5次
  public void run() {
    try{
      for (int i = 0; i<=5; i++) {
        if (i==0) {
          Date d = new Date();
          SimpleDateFormat ft = new SimpleDateFormat("hh:mm:ss");
          System.out.println("任務(wù)初始化" + name +" = " + ft.format(d));
          //第一次執(zhí)行的時候，打印每一個任務(wù)的名稱及初始化的時間
        }
        else{
          Date d = new Date();
          SimpleDateFormat ft = new SimpleDateFormat("hh:mm:ss");
          System.out.println("任務(wù)正在執(zhí)行" + name +" = " + ft.format(d));
          // 打印每一個任務(wù)處理的執(zhí)行時間
        }
        Thread.sleep(1000);
      }
      System.out.println("任務(wù)執(zhí)行完成" + name);
    } catch(InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

測試用例

public class ThreadPoolTest {
  // 線程池里面最大線程數(shù)量
  static final int MAX_SIZE = 3;

  public static void main (String[] args) {
    // 創(chuàng)建5個任務(wù)
    Runnable r1 = new Task("task 1");
    Runnable r2 = new Task("task 2");
    Runnable r3 = new Task("task 3");
    Runnable r4 = new Task("task 4");
    Runnable r5 = new Task("task 5");

    // 第二步：創(chuàng)建一個固定線程數(shù)量的線程池，線程數(shù)為MAX_SIZE
    ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(MAX_SIZE);

    // 第三步：將待執(zhí)行的任務(wù)對象交給ExecutorService進行任務(wù)處理
    pool.execute(r1);
    pool.execute(r2);
    pool.execute(r3);
    pool.execute(r4);
    pool.execute(r5);

    // 第四步：關(guān)閉線程池
    pool.shutdown();
  }
}

示例執(zhí)行結(jié)果

任務(wù)初始化task 1 = 05:25:55
任務(wù)初始化task 2 = 05:25:55
任務(wù)初始化task 3 = 05:25:55
任務(wù)正在執(zhí)行task 3 = 05:25:56
任務(wù)正在執(zhí)行task 1 = 05:25:56
任務(wù)正在執(zhí)行task 2 = 05:25:56
任務(wù)正在執(zhí)行task 1 = 05:25:57
任務(wù)正在執(zhí)行task 3 = 05:25:57
任務(wù)正在執(zhí)行task 2 = 05:25:57
任務(wù)正在執(zhí)行task 3 = 05:25:58
任務(wù)正在執(zhí)行task 1 = 05:25:58
任務(wù)正在執(zhí)行task 2 = 05:25:58
任務(wù)正在執(zhí)行task 2 = 05:25:59
任務(wù)正在執(zhí)行task 3 = 05:25:59
任務(wù)正在執(zhí)行task 1 = 05:25:59
任務(wù)正在執(zhí)行task 1 = 05:26:00
任務(wù)正在執(zhí)行task 2 = 05:26:00
任務(wù)正在執(zhí)行task 3 = 05:26:00
任務(wù)執(zhí)行完成task 3
任務(wù)執(zhí)行完成task 2
任務(wù)執(zhí)行完成task 1
任務(wù)初始化task 5 = 05:26:01
任務(wù)初始化task 4 = 05:26:01
任務(wù)正在執(zhí)行task 4 = 05:26:02
任務(wù)正在執(zhí)行task 5 = 05:26:02
任務(wù)正在執(zhí)行task 4 = 05:26:03
任務(wù)正在執(zhí)行task 5 = 05:26:03
任務(wù)正在執(zhí)行task 5 = 05:26:04
任務(wù)正在執(zhí)行task 4 = 05:26:04
任務(wù)正在執(zhí)行task 4 = 05:26:05
任務(wù)正在執(zhí)行task 5 = 05:26:05
任務(wù)正在執(zhí)行task 4 = 05:26:06
任務(wù)正在執(zhí)行task 5 = 05:26:06
任務(wù)執(zhí)行完成task 4
任務(wù)執(zhí)行完成task 5

如程序執(zhí)行結(jié)果中顯示的一樣，任務(wù) 4 或任務(wù) 5 僅在池中的線程變?yōu)榭臻e時才執(zhí)行。在此之前，額外的任務(wù)將放在待執(zhí)行的隊列中。

線程池執(zhí)行前三個任務(wù)，線程池內(nèi)線程回收空出來之后再去處理執(zhí)行任務(wù) 4 和 5

使用這種線程池方法的一個主要優(yōu)點是，假如您希望一次處理10000個請求，但不希望創(chuàng)建10000個線程，從而避免造成系統(tǒng)資源的過量使用導(dǎo)致的宕機。您可以使用此方法創(chuàng)建一個包含500個線程的線程池，并且可以向該線程池提交500個請求。
ThreadPool此時將創(chuàng)建最多500個線程，一次處理500個請求。在任何一個線程的進程完成之后，ThreadPool將在內(nèi)部將第501個請求分配給該線程，并將繼續(xù)對所有剩余的請求執(zhí)行相同的操作。在系統(tǒng)資源比較緊張的情況下，線程池是保證程序穩(wěn)定運行的一個有效的解決方案。

三、使用線程池的注意事項與調(diào)優(yōu)

死鎖: 雖然死鎖可能發(fā)生在任何多線程程序中，但線程池引入了另一個死鎖案例，其中所有執(zhí)行線程都在等待隊列中某個阻塞線程的執(zhí)行結(jié)果，導(dǎo)致線程無法繼續(xù)執(zhí)行。
線程泄漏 : 如果線程池中線程在任務(wù)完成時未正確返回，將發(fā)生線程泄漏問題。例如，某個線程引發(fā)異常并且池類沒有捕獲此異常，則線程將異常退出，從而線程池的大小將減小一個。如果這種情況重復(fù)多次，則線程池最終將變?yōu)榭眨瑳]有線程可用于執(zhí)行其他任務(wù)。
線程頻繁輪換: 如果線程池大小非常大，則線程之間進行上下文切換會浪費很多時間。所以在系統(tǒng)資源允許的情況下，也不是線程池越大越好。

線程池大小優(yōu)化：線程池的最佳大小取決于可用的處理器數(shù)量和待處理任務(wù)的性質(zhì)。對于CPU密集型任務(wù)，假設(shè)系統(tǒng)有N個邏輯處理核心，N 或 N+1 的最大線程池數(shù)量大小將實現(xiàn)最大效率。對于 I/O密集型任務(wù)，需要考慮請求的等待時間（W）和服務(wù)處理時間（S）的比例，線程池最大大小為 N*(1+ W/S)會實現(xiàn)最高效率。

不要教條的使用上面的總結(jié)，需要根據(jù)自己的應(yīng)用任務(wù)處理類型進行靈活的設(shè)置與調(diào)優(yōu)，其中少不了測試實驗。

原文鏈接：字母哥博客。

以上就是Java 線程池的作用以及該如何使用的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于Java 線程池的作用和使用的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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