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线程池

使用线程池的目的

资源复用，降低开销。重复利用已创建的线程，避免线程频繁地创建和销毁带来的性能开销。
方便线程的可管理性。线程是稀缺资源，使用线程池可以进行统一的分配，调优和监控。
提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。

线程池工作原理

工作原理（借用guide哥的图）：

图解线程池实现原理

注意：

刚开始创建线程池的时候不会立马创建好核心线程，而是有任务来了之后再创建核心线程
当线程池小于corePoolSize时，就算有线程空闲，也会一定会创建新的线程
当等待队列也满了的时候，又来一个任务，会新创建一个非核心线程，且用于执行刚刚到来的任务，而不是队头的任务
如果设置了allowCoreThreadTimeOut(true)，那么核心线程空闲时间达到keepAliveTime也会关闭，但默认不会

线程池常用方法

//使用工具类创建线程池
ExecutorService executor1 = Executors.newFixedThreadPool(3);//定义任务
Runnable task = ()->{System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"正在执行");
};executor.excute(XXX); //执行任务，没有返回值
executor.submit(XXX);//执行任务，返回一个Future，用于获取线程的执行情况executor.shutdown();//正常关闭，停止提交新任务，而已提交的任务可以正常执行，非阻塞
executor.shutdownNow();//立即强制关闭，停止提交新任务，正在运行的任务停止，等待队列也销毁，非阻塞
executor.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.SECONDS); // 阻塞等待所有任务完成并且shutdown，如果超过到达时间，则返回false

当等待队列是无界队列时，非核心线程会创建吗？

不会，因为非核心线程只有在队列满的时候才会创建，使用了无界队列就相当于默认只有核心线程生效

自定义线程池

总结四种线内置程池都相对比较极端，所以一般都建议使用自定义线程池，保证一定的核心线程数（保证活跃）和一定的非核心线程数（提供伸缩）。

工作流程概述：刚开始没有线程，添加任务后创建核心线程，核心线程满了就加到等待队列，等待队列也满了就创建临时线程去执行，临时线程也满了就执行拒绝策略。

ThreadPoolExector线程池完整参数如下：

    public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,//核心线程数int maximumPoolSize,//最大线程数long keepAliveTime,//非核心线程（临时线程）空闲存活时间TimeUnit unit,//存活时间单位BlockingQueue<Runnable> workQueue,//等待队列ThreadFactory threadFactory,//线程工厂RejectedExecutionHandler handler//拒绝策略)

各个参数详解：

corePoolSize：核心线程数，线程池中保持活跃的线程数量。即使线程空闲，核心线程也不会被回收。
maximumPoolSize：最大线程数，线程池允许创建的最大线程数量。超过此数量的请求将被放入等待队列
keepAliveTime：非核心线程的空闲时间，超过此时间后，非核心线程会被回收。
unit：keepAliveTime 的时间单位，例如秒、毫秒等。
workQueue：等待队列，用于存放被提交但尚未被执行的任务。可以是不同类型的队列，如 LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue 等。
handler：饱和策略，当线程池和等待队列都满时，任务提交失败时所使用的处理策略。
threadFactory：用于创建新线程的工厂，允许自定义线程的创建，例如设置线程名称或优先级。

注意：前面五个参数是必须指定的，而最后两个参数可以不指定，因为有默认值。

三大核心参数：核心线程用于保证快速响应和资源复用，而非核心线程用于应对突发情况，等待队列则是作为一个缓冲，同时控制处理任务的数量和顺序。

等待队列

默认

LinkedBlockingQueue：一个基于链表的阻塞队列，支持 FIFO（先进先出）排序。可以设置容量，默认是 Integer.MAX_VALUE。适用于任务较多且队列可以扩展的场景。
ArrayBlockingQueue：一个基于数组的阻塞队列，容量固定，适用于任务数量可预估的场景。
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作都必须等待另一个线程的对应移除操作，适合高并发场景
PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的阻塞队列，适合需要按优先级处理任务的场景。

ArrayBlockingQueue和带有容量的LinkedBlockingQueue有什么区别，怎么选择？

LinkedBlockingQueue插入删除方便，对高并发场景友好，而ArrayBlockingQueue是用循环数组实现，插入删除的代价比较大，涉及到模运算（取余）。

ArrayBlockingQueue内存占用更小，因为是基于数组实现。更适合生产者-消费者模型中的任务数量相对固定的场景。

SynchronousQueue队列特殊在哪？什么时候用？

特殊之处：

SynchronousQueue` 的容量为 0，这意味着它不存储任何元素。每个插入操作必须等待一个对应的移除操作才能完成，反之亦然。

直接交付：当一个线程试图插入一个元素到 SynchronousQueue 时，它会被阻塞，直到另一个线程尝试移除这个元素。这种设计实现了线程之间的直接交付。
没有内部缓冲：与其他阻塞队列（如 ArrayBlockingQueue 或 LinkedBlockingQueue）不同，SynchronousQueue 不维护任何内部元素，因此不能进行批量处理或存储任务。

使用效果：当核心线程满了的时候，每提交一个任务，的认为阻塞队列是满的，当非核心线程充足时，会马上创建一个非核心线程去执行这个任务。（内部的CachedThreadPool就是这样）

适用场景：在需要低延迟和高并发的应用场景中，SynchronousQueue 可以减少任务的等待时间，因为生产者和消费者必须在同一时间交互。

拒绝策略

当线程池和等待队列都满时，可以选择不同的拒绝策略对新任务进行处理：

AbortPolicy（默认）：拒绝任务并且抛出 RejectedExecutionException，适合希望知道任务失败的场景。
DiscardPolicy：丢弃任务，不抛出异常，适合对任务丢失不敏感的场景。
CallerRunsPolicy：将任务交给线程池的调用者（比如主线程或者其它不属于本线程池管理的线程）自己去执行，适合希望减轻线程池压力的场景。
DiscardOldestPolicy：丢弃掉等待队列中队头的任务，也就是最旧的任务，然后加入等待队列。适合希望保留最新任务的场景。
DelayQueue：一个支持延迟处理的阻塞队列，任务必须在指定延迟后才能获取，适合需要定时执行的任务场景。
自定义拒绝策略，实现RejectedExecutionHandler接口。

注意：如上队列都属于阻塞队列，能够保证线程安全，并且符合生产者消费者模式，队列满的时候，会阻塞入队操作；队列空的时候，会阻塞出队操作。

自定义拒绝策略可以有哪些思路？

拒绝任务，并且打印一些有用日志。

import java.util.logging.Logger;public class LoggingRejectPolicy implements RejectedExecutionHandler {private static final Logger logger = Logger.getLogger(LoggingRejectPolicy.class.getName());@Overridepublic void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {logger.warning("Task " + r.toString() + " rejected. Current pool size: " + executor.getPoolSize());}
}

等待一段时间后再尝试提交任务。

import java.util.concurrent.RejectedExecutionHandler;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;public class RateLimitPolicy implements RejectedExecutionHandler {@Overridepublic void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {try {Thread.sleep(100); // 限流，稍等后重试executor.execute(r);} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}
}

线程工厂

线程工程用于控制线程池中的线程是如何创建的，也就是给各个程取一个名字。

这个参数一般不需要传递，因为有一个Executors有一个默认的线程工厂（是静态类，所有线程池共用）

默认规则：pool-线程池序号-thread-线程序号

实现逻辑：执行一次DefaultThreadFactory构造方法，线程池的序号就+1（原子操作），而且这个序号是static修饰，所有工厂对象共享；然后每调用一次newThread，线程的序号就+1（原子操作），这个序号不是static，各个工厂都从1开始

    /*** The default thread factory*/static class DefaultThreadFactory implements ThreadFactory {//原子类，static，记录线程池的个数private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);private final ThreadGroup group;//原子类，记录某个线程的个数private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);private final String namePrefix;DefaultThreadFactory() {SecurityManager s = System.getSecurityManager();group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :Thread.currentThread().getThreadGroup();namePrefix = "pool-" +poolNumber.getAndIncrement() +"-thread-";}//创建线程的京具体方法public Thread newThread(Runnable r) {//拼接出线程的名字Thread t = new Thread(group, r,namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),0);if (t.isDaemon())//设置线程都是飞守护线程，不会随着主线程终止而终止t.setDaemon(false);if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);return t;}}

自定义线程工厂实例

import java.util.concurrent.*;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class Main {public static void main(String[] args) {ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(3,10,10,TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<>(1),//自定义线程工厂new ThreadFactory() {AtomicInteger number = new AtomicInteger(1);@Overridepublic Thread newThread(Runnable r) {return new Thread(r,"myThreadPool_"+number.getAndIncrement());}});// 提交多个任务for (int i = 0; i < 10; i++) {int taskId = i;threadPoolExecutor.execute(() -> {System.out.println("任务 " + taskId + " 在 " + Thread.currentThread().getName() + " 执行");try {Thread.sleep(5000); // 模拟任务执行} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});}// 关闭线程池threadPoolExecutor.shutdown();}
}
```在这里插入图片描述### 线程池大小该如何设置？假设核心数为n，可参考公式：CPU密集类型（IO比较少），可以设置n+1IO密集类型（读取文件或者数据库的IO比较多），可以设置为线程的k的倍数。比如从2 * n开始，慢慢尝试4 * n、8 * n ... 至于k取多少，可以根据如下公式确定：![在这里插入图片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/6b85ef0bdffa4153a660e6986ee6c85d.png)> cpu密集型任务为什么设置n+1？当某个线程故障或者缺页中断了，此时剩余一个线程就可以顶上> IO密集类型为什么设置n的整数倍？**因为对于IO密集类型的任务来说，CPU不是一直在运行的，可能在等待**比如CPU运行1秒，IO运行3秒，此时完全可以设置4个线程去执行任务，让3s的等待时间也利用起来。> Windows电脑假设是4核心，8个逻辑处理器，那么最多支持8个线程并发执行吗？为什么java中可以创建100个线程同时执行？不是，八个逻辑处理器意味着最多可以有八个线程**并行执行**(同一时刻)，而创建的100个线程会在这八个逻辑处理器中进行并发执行（不断切换）。操作系统会通过上下文切换在不同线程之间切换，从而有效利用处理器资源。虽然同时运行的线程数有限，但通过快速切换，多个线程仍能“看起来”像是在同时执行。> 如果cpu只有一个核心，可以支持多线程吗？就算只有一个核心（假设逻辑处理器也是1），也是可以支持多个线程的，只不过是并发执行，线程数量越多，各个线程的等待其它线程时间片的时间就越长，性能开销就越大。