Java多线程-线程池原理

1.JUC线程池结构

JUC 就是 java.util .concurrent 工具包的简称，该工具包是从 JDK 1.5 开始加入到 JDK，用于完成高并发、处理多线程的一个工具包。

　　在多线程编程中，任务都是一些抽象且离散的工作单元，而线程是使任务异步执行的基本机制。随着应用的扩张，线程和任务管理也变得非常复杂，为了简化这些复杂的线程管理模式，

我们需要一个“管理者”来统一管理线程及任务分配，这就是线程池。

1.1.Executor

　　它是 Java 异步目标任务的“执行者”接口，其目标是来执行目标任务。“执行者”Executor提供了 execute()接口来执行已提交的 Runnable 执行目标实例。

Executor 作为执行者的角色，存在的目的是“任务提交者”与“任务执行者”分离开来的机制。它只包含一个函数式方法：

void execute(Runnable command)

1.2.ExecutorService

　　ExecutorService 继承于 Executor。它是 Java 异步目标任务的“执行者服务“接口，它对外提供异步任务的接收服务，ExecutorService 提供了“接收异步任务、并转交给执行者”的方法，

如submit 系列方法、invoke 系列方法等等。具体如下：

//向线程池提交单个异步任务
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
//向线程池提交批量异步任务
<T> List<Future<T>> invokeAll(Collection<? extends Callable<T>> tasks)
 throws InterruptedException;

1.3.AbstractExecutorService

AbstractExecutorService 是 一 个 抽 象 类 ， 它 实 现 了 ExecutorService 接口。

AbstractExecutorService 存在的目的是为 ExecutorService 中的接口提供了默认实现。

1.4.ThreadPoolExecutor

　　ThreadPoolExecutor 就是大名鼎鼎的“线程池”实现类，它继承于 AbstractExecutorService 抽象类。

　　ThreadPoolExecutor 是 JUC 线程池的核心实现类。线程的创建和终止需要很大的开销，线程池中预先提供了指定数量的可重用线程，所以使用线程池会节省系统资源，

并且每个线程池都维护了一些基础的数据统计，方便线程的管理和监控。

1.5.ScheduledExecutorService

　　ScheduledExecutorService 是一个接口，它继承于于 ExecutorService。它是一个可以完成“延

时”“周期性”任务的调度线程池接口，其功能和 Timer/TimerTask 类似。

1.6.ScheduledThreadPoolExecutor

　　ScheduledThreadPoolExecutor 继承于 ThreadPoolExecutor，它提供了 ScheduledExecutorService

线程池接口中“延时执行”和“周期执行”等抽象调度方法的具体实现。

　　ScheduledThreadPoolExecutor类似于Timer ， 但 是 在 高 并 发 程 序 中 ，

ScheduledThreadPoolExecutor 的性能要优于 Timer。

1.7.Executors

　　Executors 是个静态工厂类，它通 过 静 态 工 厂 方 法 返 回 ExecutorService 、

ScheduledExecutorService 等线程池示例对象，这些静态工厂方法可以理解为一些快捷的创建线程池的方法

 

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2.Executors快捷创建线程池

2.1.newSingleThreadExecutor 创建“单线程化线程池”

　　该方法用于创建一个“单线程化线程池”，也就是只有一条线程的线程池，所创建的线程池

用唯一的工作线程来执行任务，使用此方法创建的线程池，能保证所有任务按照指定顺序(如FIFO)执行。

2.2.newFixedThreadPool 创建“固定数量的线程池”

该方法用于创建一个“固定数量的线程池”，其唯一的参数用于设置池中线程的“固定数量”。

“固定数量的线程池”的特点，大致如下：

（1）如果线程数没有达到“固定数量”，则每次提交一个任务池内就创建一个新线程，直到

线程达到线程池的固定的数量。

（2）线程池的大小一旦达到“固定数量”就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结

束，那么线程池会补充一个新线程。

（3）在接收异步任务的执行目标实例时，如果池中的所有线程均在繁忙状态，对于新任务会

进入阻塞队列中(无界的阻塞队列)。

 

“固定数量的线程池”的适用场景：需要任务长期执行的场景。“固定数量的线程池”的线程

数能够比较稳定保证一个数，能够避免频繁回收线程和创建线程，故适用于处理 CPU 密集型的任

务，在 CPU 被工作线程长时间使用的情况下，能确保尽可能少的分配线程。

“固定数量的线程池”的弊端：内部使用无界队列来存放排队任务，当大量任务超过线程池

最大容量需要处理时，队列无线增大，使服务器资源迅速耗尽。

2.3.newCachedThreadPool 创建“可缓存线程池”

该方法用于创建一个“可缓存线程池”，如果线程池内的某些线程无事可干成为空闲线程，“可缓存线程池”可灵活回收这些空闲线程。

“可缓存线程池”的特点，大致如下：

（1）在接收新的异步任务 target 执行目标实例时，如果池内所有线程繁忙，此线程池会添加

新线程来处理任务。

（2）此线程池不会对线程池大小做限制，线程池大小完全依赖于操作系统（或者说 JVM）

能够创建的最大线程大小。

（3）如果部分线程空闲，也就是存量线程的数量超过了处理任务数量，那么就会回收空闲

（60 秒不执行任务）线程。

“可缓存线程池”的适用场景：需要快速处理突发性强、耗时较短的任务场景，如 Netty 的

NIO 处理场景、REST API 接口的瞬时削峰场景。“可缓存线程池”的线程数量不固定，只要有空

闲线程就会被回收；接收到的新异步任务执行目标，查看是否有线程处于空闲状态，如果没有就

直接创建新的线程。

“可缓存线程池”的弊端：线程池没有最大线程数量限制，如果大量的异步任务执行目标实

例同时提交，可能导致创线程过多会而导致资源耗尽。

2.4.newScheduledThreadPool 创建“可调度线程池”

该方法用于创建一个“可调度线程池”，一个提供“延时”和“周期性”任务的调度功能的

ScheduledExecutorService 类型的线程池。

 

以上是通过 JUC 的 Executors 四个主要的快捷创建线程池方法。为何 JUC 要提供工厂方法呢？

原因是使用 ThreadPoolExecutor、ScheduledThreadPoolExecutor 构造器去创建普通线程池、可调度

线程池比较复杂，这些构造器会涉及到大量的复杂参数。尽管 Executors 的工厂方法使用方便，但

是在生产场景被很多企业（尤其是大厂）的开发规范所禁用。

3.线程池的标准创建方式

大部分企业的开发规范，都会禁止使用快捷线程池（具体原因稍后介绍），要求通过标准构

造器 ThreadPoolExecutor 去构造工作线程池。实质上，Executors 工厂类中创建线程池的快捷工厂

方法，实际上是调用了 ThreadPoolExecutor（定时任务使用 ScheduledThreadPoolExecutor ）线程

池的构造方法完成的。ThreadPoolExecutor 构造方法有多个重载版本，其中一个比较重要的构造器

如下：

// 使用标准构造器，构造一个普通的线程池
public ThreadPoolExecutor(
 int corePoolSize, // 核心线程数，即使线程空闲（Idle），也不会回收；
 int maximumPoolSize, // 线程数的上限；
 long keepAliveTime, TimeUnit unit, // 线程最大空闲（Idle）时长
 BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务的排队队列
 ThreadFactory threadFactory, // 新线程的产生方式
 RejectedExecutionHandler handler) // 拒绝策略

很无奈，构造一个线程池竟然有 7 个参数，但是确实需要这么多参数。接下来对这些参数做

一下具体介绍

3.1核心和最大线程数量

参数 corePoolSize 用于设置核心（Core）线程池数量，参数 maximumPoolSize 用于设置最大

线程数量。线程池执行器将会根据 corePoolSize 和 maximumPoolSize 自动地维护线程池中的工作

线程，大致的规则为：

（1）当在线程池接收到的新任务，并且当前工作线程数少于 corePoolSize 时，即使其他工作

线程处于空闲状态，也会创建一个新线程来处理该请求，直到线程数达到 corePoolSize。

（2）如果当前工作线程数多于 corePoolSize 数量，但小于 maximumPoolSize 数量，则仅当任

务排队队列已满时，才会创建新线程。 通过设置 corePoolSize 和 maximumPoolSize 相同，可以创

建一个固定大小的线程池。

（3）当 maximumPoolSize 被设置为无界值（如 Integer.MAX_VALUE）时，线程池可以接收

任意数量的并发任务。

（ 4 ） corePoolSize 和 maximumPoolSize 不 仅 能 在 线 程 池 构 造 时 设 置 ， 也 可 以 使 用

setCorePoolSize 和 setMaximumPoolSize 两个方法进行动态更改

3.2.BlockingQueue

BlockingQueue（阻塞队列）的实例用于暂时接收到的异步任务，如果线程池的核心线程都在

忙，则所接收到的目标任务，缓存在阻塞队列中。

3.3.keepAliveTime

线程构造器的 keepAliveTime（空闲线程存活时间）参数，用于设置池内线程最大 Idle（空闲）

时长或者说保活时长，如果超过这个时间，默认情况下 Idle、非 Core 线程会被回收。

如果池在使用过程中，提交任务的频率变高，也可以使用方法 setKeepAliveTime（long，

TimeUnit）进行线程存活时间的动态调整，可以时长延长。如果需要防止 Idle（空闲）线程被终

止，可以将 Idle（空闲）时间设置为无限大，具体如下：

setKeepAliveTime(Long.MAX_VALUE，TimeUnit.NANOSECONDS);

默认情况下，Idle 超时策略仅适用于存在超过 corePoolSize 线程的情况。 但是如果调用了

allowCoreThreadTimeOut(boolean)方法，并且传入了参数 true，则 keepAliveTime 参数所设置的 Idle

超时策略也将被应用于核心线程。

4.线程池的拒绝策略

在线程池的任务缓存队列为有界队列（有容量限制的队列）的时候，如果队列满了，提交任

务到线程池的时候就会被拒绝。总体来说，任务被拒绝有两种情况：

（1）线程池已经被关闭。

（2）工作队列已满且 maximumPoolSize 已满。

无论以上哪种情况任务被拒，线程池都会调用 RejectedExecutionHandler 实例的

rejectedExecution 方法。RejectedExecutionHandler 是拒绝策略的接口，JUC 为该接口提供了以下几

种实现：

⚫AbortPolicy：拒绝策略

⚫DiscardPolicy：抛弃策略

⚫DiscardOldestPolicy：抛弃最老任务策略

⚫CallerRunsPolicy：调用者执行策略

⚫自定义策略

（1）AbortPolicy

使用该策略时，如果线程池队列满了则新任务被拒绝，并且会抛出 RejectedExecutionException

异常。该策略是线程池的默认的拒绝策略。

（2）DiscardPolicy

该策略是 AbortPolicy 的 Silent（安静）版本，如果线程池队列满了，新任务会直接被丢掉，

并且不会有任何异常抛出。

（3）DiscardOldestPolicy

抛弃最老任务策略，也就是说如果队列满了，会将最早进入队列的任务抛弃，从队列中腾出

空间，再尝试加入队列。因为队列是队尾进队头出，队头元素是最老的，所以每次都是移除对头

元素后再尝试入队。

（4）CallerRunsPolicy

调用者执行策略。在新任务被添加到线程池时，如果添加失败，那么提交任务线程会自己去

执行该任务，不会使用线程池中的线程去执行新任务。

在以上的四种内置策略中，线程池默认的拒绝策略为 AbortPolicy，如果提交的任务被拒绝，

线程池抛出 RejectedExecutionException 异常，该异常是非受检异常（运行时异常），很容易忘记

捕获。如果关心任务被拒绝的事件，需要在提交任务时捕获 RejectedExecutionException 异常。

（5）自定义策略

如果以上拒绝策略都不符合需求，则可自定义一个拒绝策略，实现 RejectedExecutionHandler

接口的 rejectedExecution 方法即可