Java并发：线程池

目录

一、核心概念与设计原理

1、线程池的核心价值

2、核心接口和类

3、线程池的核心构造参数

4、线程池工作流程

二、参数选择

1、任务队列选择

2、拒绝策略选择

3、常见线程池选择

4、参数调优

三、 应用

1、创建建议

2、生命周期管理：优雅关闭

3、监控

4、常见问题

5、使用案例

5.1 Web服务器请求处理（高并发场景）

5.2 批量数据并行处理（分片任务）

5.3 异步任务执行（带回调）

5.4 定时任务调度

5.5 资源隔离（多级线程池）

5.6 线程池监控（自定义扩展）

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一、核心概念与设计原理

1、线程池的核心价值

资源服用：避免频繁创建/销毁线程的开销，通过池化技术管理线程生命周期

流量削峰：任务队列（如LinkedBlockingQueue）缓冲突发请求，平滑处理高并发场景

精细控制：通过核心线程数、最大线程数、队列容量等参数实现资源精细化管理

2、核心接口和类

• Executor：执行任务的根接口（void execute(Runnable command)）

• ExecutorService：扩展Executor接口，增加生命周期管理

• ThreadPoolExecutor：标准线程池实现类

• ScheduledExecutorService：支持定时/周期性任务

3、线程池的核心构造参数

参数	说明	推荐设置原则
corePoolSize	核心线程数（常驻线程）	CPU密集型：N+1；IO密集型：2N+1
maximumPoolSize	最大线程数	根据业务峰值设置（建议不超过100）
keepAliveTime	非核心线程空闲存活时间	30-60秒
unit	存活时间单位	TimeUnit.SECONDS
workQueue	任务队列（缓冲机制）	根据场景选择队列类型
threadFactory	线程工厂（自定义线程创建）	建议自定义命名线程
handler	拒绝策略（饱和处理机制）	根据业务容忍度选择

4、线程池工作流程

二、参数选择

1、任务队列选择

队列类型	特性	适用场景
SynchronousQueue	不存储元素，直接传递任务	CachedThreadPool（零容量缓冲）
LinkedBlockingQueue	无界队列（默认容量Integer.MAX_VALUE）	FixedThreadPool（可能OOM）
ArrayBlockingQueue	有界队列（固定容量）	需要控制队列大小的场景
PriorityBlockingQueue	优先级队列（任务需实现Comparable）	任务优先级调度
DelayedWorkQueue	延迟队列（用于ScheduledThreadPool）	定时任务调度

队列选择：根据业务特点选择队列类型

• 快速响应：SynchronousQueue（配合合理的最大线程数）

• 突发流量：LinkedBlockingQueue（需设置合理容量）

• 优先级处理：PriorityBlockingQueue

• 防止内存溢出：ArrayBlockingQueue（有界队列​​，需合理设置容量）

2、拒绝策略选择

策略类	行为描述	适用场景
AbortPolicy	默认策略，抛出RejectedExecutionException	严格要求任务不丢失的场景
CallerRunsPolicy	由调用者线程执行被拒绝的任务	允许任务降级的场景
DiscardPolicy	静默丢弃被拒绝的任务	可容忍任务丢失的非关键业务
DiscardOldestPolicy	丢弃队列最旧的任务，尝试重新提交当前任务	需要处理最新任务的场景

拒绝策略选择​​：

• 关键系统：自定义策略（记录日志+持久化任务）

• 可降级服务（关键任务）：CallerRunsPolicy

• 非核心业务（允许部分丢失）：DiscardOldestPolicy

3、常见线程池选择

类型	实现方式	特点	潜在风险
FixedThreadPool	new ThreadPoolExecutor(n, n, 0L, LinkedBlockingQueue)	固定线程数，无界队列，适合CPU密集型任务（如科学计算）	队列堆积导致OOM
CachedThreadPool	new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, SynchronousQueue)	自动扩容，适合短生命周期IO密集型任务（如HTTP请求）	线程数爆炸导致资源耗尽
SingleThreadExecutor	new ThreadPoolExecutor(1, 1, 0L, LinkedBlockingQueue)	单线程顺序执行，适合需严格顺序的任务（如日志处理）	无界队列OOM风险
ScheduledThreadPool	new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize)	支持定时/周期性任务（如数据同步），使用DelayedWorkQueue	复杂调度逻辑可能影响性能

4、参数调优

核心线程数选择：

• CPU密集型：coreSize = CPU核心数 + 1

• IO密集型：coreSize = CPU核心数 * 2

• 混合型：coreSize = (线程等待时间/线程CPU时间 + 1) * CPU核心数  或  拆分为不同线程池处理（如CPU计算与IO操作分离）

合理设置超时时间：防止死锁/长时间阻塞

预热机制​​：启动时调用prestartAllCoreThreads()提前创建核心线程

动态调整​​：运行时通过setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()应对负载波动

三、 应用

1、创建建议

// 推荐手动创建线程池（避免使用Executors）
ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(5, // corePoolSize20, // maximumPoolSize60L, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(200), // 有界队列new NamedThreadFactory("app-thread"), // 自定义线程命名new CustomRejectionPolicy() // 自定义拒绝策略
);

线程命名：方便问题排查

public class NamedThreadFactory implements ThreadFactory {private final String namePrefix;private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(1);public NamedThreadFactory(String namePrefix) {this.namePrefix = namePrefix + "-";}@Overridepublic Thread newThread(Runnable r) {return new Thread(r, namePrefix + counter.getAndIncrement());}
}

2、生命周期管理：优雅关闭

方法	说明
shutdown()	平缓关闭：停止接受新任务，等待已提交任务完成
shutdownNow()	立即关闭：尝试停止所有正在执行的任务，返回等待任务列表
awaitTermination()	阻塞直到所有任务完成或超时

// 优雅关闭示例
void shutdownGracefully(ExecutorService executor, long timeout) {executor.shutdown();try {if (!executor.awaitTermination(timeout, TimeUnit.SECONDS)) {executor.shutdownNow();}} catch (InterruptedException e) {executor.shutdownNow();Thread.currentThread().interrupt();}
}

3、监控

监控指标：

方法	说明
getActiveCount()	获取活动线程数
getCompletedTaskCount()	已完成任务数
getQueue().size()	队列中等待任务数
getPoolSize()	当前线程池大小

扩展监控：

public class MonitorThreadPool extends ThreadPoolExecutor {@Overrideprotected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {super.beforeExecute(t, r);// 记录任务开始时间}@Overrideprotected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {super.afterExecute(r, t);// 计算任务耗时，记录异常}
}

4、常见问题

1> 线程泄漏

• 症状：线程数持续增长不释放

• 检查点：未正确关闭线程池/任务中存在死循环

• 解决：使用shutdown()/shutdownNow()关闭

2> 任务堆积

• 症状：队列大小持续增长

• 解决方案：优化任务处理速度/扩容线程池/增加队列容量

3> CPU利用率低

• 可能原因：IO阻塞严重/线程数设置不足/任务划分不合理

5、使用案例

5.1 Web服务器请求处理（高并发场景）

// 创建HTTP请求处理线程池
ThreadPoolExecutor serverExecutor = new ThreadPoolExecutor(8,  // 核心线程数（根据CPU核心数调整）32, // 最大线程数（根据压测结果调整）60, TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<>(1000), // 有界队列防止OOMnew NamedThreadFactory("http-handler"),new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy() // 拒绝时抛出异常
);// 模拟请求处理
void handleHttpRequest(Request request) {serverExecutor.execute(() -> {try {// 处理请求业务逻辑processRequest(request);} catch (Exception e) {log.error("Request processing failed", e);} finally {// 资源清理cleanUpResources();}});
}

5.2 批量数据并行处理（分片任务）

// 创建数据处理线程池
ExecutorService batchExecutor = Executors.newFixedThreadPool(Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2
);// 分片处理10000条数据
List<Data> dataList = fetchDataFromDB(10000);
int batchSize = 1000;List<Future<Integer>> futures = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < dataList.size(); i += batchSize) {int end = Math.min(i + batchSize, dataList.size());List<Data> batch = dataList.subList(i, end);futures.add(batchExecutor.submit(() -> {int count = 0;for (Data data : batch) {if (processData(data)) count++;}return count;}));
}// 统计处理结果
int totalSuccess = 0;
for (Future<Integer> future : futures) {totalSuccess += future.get();
}batchExecutor.shutdown();

5.3 异步任务执行（带回调）

// 创建异步任务线程池
ThreadPoolExecutor asyncExecutor = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<>(),new NamedThreadFactory("async-task")
);// 提交任务并处理结果
CompletableFuture.supplyAsync(() -> {// 执行耗时操作return generateReport();
}, asyncExecutor).whenComplete((result, ex) -> {if (ex != null) {handleError(ex);} else {sendReport(result);}
});

5.4 定时任务调度

// 创建定时任务线程池
ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(2);// 每天凌晨执行数据清理
scheduler.scheduleAtFixedRate(() -> {cleanUpExpiredData();
}, initialDelay, 24 * 60 * 60, TimeUnit.SECONDS);// 每5分钟执行状态检查
scheduler.scheduleWithFixedDelay(() -> {checkSystemHealth();
}, 0, 5, TimeUnit.MINUTES);

5.5 资源隔离（多级线程池）

// 关键业务独立线程池
ThreadPoolExecutor orderExecutor = new ThreadPoolExecutor(4, 8, 60, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(100),new NamedThreadFactory("order-service")
);// 普通业务线程池
ThreadPoolExecutor commonExecutor = new ThreadPoolExecutor(8, 32, 60, TimeUnit.SECONDS,new LinkedBlockingQueue<>(1000),new NamedThreadFactory("common-service")
);// 订单处理（高优先级）
void processOrder(Order order) {orderExecutor.execute(() -> {validateOrder(order);deductInventory(order);createPayment(order);});
}// 日志记录（低优先级）
void logActivity(Activity activity) {commonExecutor.execute(() -> {saveToLogDB(activity);});
}

5.6 线程池监控（自定义扩展）

public class MonitoredThreadPool extends ThreadPoolExecutor {private final Counter taskCounter = new Counter();public MonitoredThreadPool(int corePoolSize, int maxPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue) {super(corePoolSize, maxPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);}@Overrideprotected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {super.beforeExecute(t, r);taskCounter.increment();MetricRegistry.recordThreadActive(getActiveCount());}@Overrideprotected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {super.afterExecute(r, t);taskCounter.decrement();if (t != null) {MetricRegistry.recordError();}}public int getCurrentTaskCount() {return taskCounter.get();}
}