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。

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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

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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()
);

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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

1. 线程数 < 核心线程数（corePoolSize）：创建新线程执行任务。
2. 线程数达到核心线程数，任务进入任务队列，等待执行。
3. 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。
4. 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：

1. 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);

2. 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。

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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());

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6. 常见问题与优化建议

1. 避免使用 Executors 创建线程池，推荐显式参数化 ThreadPoolExecutor。
2. 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
3. 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。
4. 监控线程池状态：

System.out.println("Active threads: " + threadPool.getActiveCount());
System.out.println("Task queue size: " + threadPool.getQueue().size());

5. 避免线程池泄漏：执行完任务后，调用 shutdown() 或 shutdownNow() 释放资源。

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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。