1. 为什么需要线程池？
在 Java 并发编程中，线程的创建和销毁是一项昂贵的操作。频繁地创建和销毁线程会带来较高的系统开销，甚至可能因线程数过多而导致 OOM（OutOfMemoryError） 或 CPU 过载。
线程池（Thread Pool） 的设计初衷正是为了解决这些问题。
线程池的主要优点：
- 降低资源消耗：通过复用线程，避免频繁的创建和销毁。
- 提高响应速度：任务到达时可复用现有线程，无需等待线程创建。
- 增强可管理性：提供任务队列和线程管理能力，防止资源耗尽。
2. 线程池的核心组成
Java 提供了 ThreadPoolExecutor 作为线程池的核心实现，构造方法包含多个参数，主要负责线程池的各种行为控制：
2.1. 构造方法（7 个参数）
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize, // 核心线程数int maximumPoolSize, // 最大线程数long keepAliveTime, // 空闲线程存活时间TimeUnit unit, // 时间单位BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任务队列ThreadFactory threadFactory, // 线程工厂RejectedExecutionHandler handler // 拒绝策略
)
参数详解：
| 参数名 | 说明 |
|---|---|
| corePoolSize | 核心线程数，线程池始终保持的最小线程数量。 |
| maximumPoolSize | 最大线程数，线程池可创建的最大线程数。 |
| keepAliveTime | 非核心线程空闲超过该时间会被销毁。 |
| unit | keepAliveTime 的时间单位。 |
| workQueue | 用于存放等待执行的任务。 |
| threadFactory | 创建新线程的工厂，可自定义线程属性。 |
| handler | 当线程池无法接收新任务时的拒绝策略。 |
示例：创建线程池
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10),Executors.defaultThreadFactory(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
);
- 核心线程数为 2，最大线程数为 4
- 多余线程在空闲 60 秒后销毁
- 任务队列最多容纳 10 个任务
- 使用默认线程工厂创建线程
- 拒绝策略为
AbortPolicy，即直接抛出异常
3. 创建线程池的方式
3.1. 使用 Executors 创建线程池
Java 提供了 Executors 工具类，可以快速创建不同类型的线程池：
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);
| 线程池类型 | 创建方法 | 特点 |
|---|---|---|
| 固定大小线程池 | newFixedThreadPool(n) | 线程数固定，适合长期任务。 |
| 缓存线程池 | newCachedThreadPool() | 线程数不固定，适合短期任务。 |
| 单线程池 | newSingleThreadExecutor() | 只有一个线程，任务顺序执行。 |
| 调度线程池 | newScheduledThreadPool(n) | 支持定时和周期性任务。 |
3.2. 推荐使用 ThreadPoolExecutor 创建线程池
尽管 Executors 提供了便捷的方法，但其内部参数可能存在潜在风险，例如 无界队列可能导致 OOM。因此，推荐显式使用 ThreadPoolExecutor 并自定义参数：
ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 60, TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<>(2),Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
);
4. 线程池的任务执行流程
线程池任务执行过程可以分为以下几个阶段：
4.1. 任务执行流程说明
- 线程数 < 核心线程数（corePoolSize）：创建新线程执行任务。
- 线程数达到核心线程数，任务进入任务队列，等待执行。
- 任务队列已满，且线程数小于最大线程数（maximumPoolSize）：创建新线程执行任务。
- 线程数达到 maximumPoolSize 且任务队列已满：执行拒绝策略。
4.2. 线程池中的两阶段回收机制
线程池中的线程回收遵循两阶段机制：
- 核心线程（corePoolSize 内的线程）
核心线程默认情况下是长期存活的，除非显式调用allowCoreThreadTimeOut(true)，才会在空闲超过keepAliveTime后被回收。
executor.allowCoreThreadTimeOut(true);
- 非核心线程（超过 corePoolSize 的线程）
非核心线程会在空闲超过keepAliveTime后自动销毁，防止资源浪费。
5. 线程池的拒绝策略
当任务无法被线程池接受时，ThreadPoolExecutor 提供了 4 种内置拒绝策略：
| 拒绝策略 | 描述 |
|---|---|
AbortPolicy | 抛出 RejectedExecutionException（默认策略）。 |
CallerRunsPolicy | 由提交任务的线程执行该任务，减轻线程池压力。 |
DiscardPolicy | 丢弃该任务，不抛出异常。 |
DiscardOldestPolicy | 丢弃队列中最早的任务，尝试执行当前任务。 |
示例：
new ThreadPoolExecutor(2, 4, 60, TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<>(2),Executors.defaultThreadFactory(),new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
6. 常见问题与优化建议
- 避免使用
Executors创建线程池，推荐显式参数化ThreadPoolExecutor。 - 合理配置
corePoolSize和maximumPoolSize：- CPU 密集型任务（如计算）：
corePoolSize = CPU 核数 + 1 - I/O 密集型任务（如数据库操作）：
corePoolSize = CPU 核数 * 2
- CPU 密集型任务（如计算）：
- 选择合适的任务队列：
LinkedBlockingQueue：适用于任务较多时，防止任务丢失。SynchronousQueue：适用于高吞吐、低延迟场景。
- 监控线程池状态：
System.out.println("Active threads: " + threadPool.getActiveCount());
System.out.println("Task queue size: " + threadPool.getQueue().size());
- 避免线程池泄漏：执行完任务后，调用
shutdown()或shutdownNow()释放资源。
7. 总结
- 线程池能有效提升并发性能，减少系统资源开销。
Executors提供便捷的方法，但推荐使用ThreadPoolExecutor来显式配置线程池参数。- 合理配置线程池参数，并根据任务类型优化，是高效并发编程的关键。