Java线程池详解，内含实战演练～

news2025/4/28 13:29:34

本文是向大家介绍线程池的使用和一些注意事项，它能够实现高并发下快速处理业务，能够帮助开发人员深入理解线程池的价值。

1. 简介

线程池是使用池化技术管理和使用线程的一种机制。池化技术：提前准备一些资源，在需要时可以重复使用使用提前准备的资源。常见的有内存池、数据库连接池等。

2. 参数说明

需要如下参数：

corePoolSize：核心线程数。默认情况下，核心线程会一直存活，但是当将 allowCoreThreadTimeout 设置为 true 时，核心线程也会超时回收。

maximumPoolSize：线程池所能容纳的最大线程数。当活跃线程数达到该数值后，后续的新任务将会阻塞。

keepAliveTime：线程闲置超时时长。如果超过该时长，非核心线程就会被回收。

unit：指定 keepAliveTime 参数的时间单位。常用的有：TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MINUTES（分）。

workQueue：任务队列。通过线程池的 execute() 方法提交的 Runnable 对象将存储在该参数中。其采用阻塞队列实现。

threadFactory（可选）：线程工厂。用于指定为线程池创建新线程的方式。

handler（可选）：拒绝策略。当达到最大线程数时需要执行的饱和策略。

参数配置异常

if (corePoolSize < 0 ||maximumPoolSize <= 0 ||maximumPoolSize < corePoolSize ||
    keepAliveTime < 0){
    throw new IllegalArgumentException();
}

3. 使用顺序

核心线程满->任务队列满->最大线程满->拒绝处理

一个线程池所能承载最大线程量：任务队列大小+最大线程数

4. 默认线程工厂

Executors 框架已经为我们实现了默认的线程池：

线程池	最大线程数	任务队列	应用场景
FixedThreadPool	自定义	LinkedBlockingQueue	控制线程最大并发数，cpu比较平稳
ScheduledThreadPool	Integer.MAX_VALUE	DelayedWorkQueue	执行定时或周期性的任务
CachedThreadPool	Integer.MAX_VALUE	SynchronousQueue	执行大量、耗时少的任务
SingleThreadExecutor	1	LinkedBlockingQueue	单线程的线程池，保证执行顺序

总结：

FixedThreadPool 和 SingleThreadExecutor：主要问题是堆积的请求处理队列均采用 LinkedBlockingQueue，而LinkedBlockingQueue未指定容量，默认大小是Integer.MAX_VALUE，可能会耗费非常大的内存导致 OOM。任务队列无界时，设置最大线程数是没有意义的。
CachedThreadPool 和 ScheduledThreadPool：主要问题是线程最大数是 Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程导致 OOM。
Executors 的 4 个功能线程池虽然方便，但不建议使用，而是建议直接通过使用 ThreadPoolExecutor 的方式，规避资源耗尽的风险

5. 正确打开方式

ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
    //核心线程数
    1,
    //最大线程数
    1,
    //超时时间
    1L,
    //时间单位
    TimeUnit.MILLISECONDS,
    //任务队列
    new LinkedBlockingDeque<Runnable>(1),
    //线程工厂
    new MyThreadFactory(),
    //拒绝策略
    new MyThreadRunsPolicy());

指定最大线程数
任务队列指定大小
线程工厂自定义

参考DefaultThreadFactory，自定义MyThreadFactory只修改了名字前缀，方便查询日志

public class MyThreadFactory implements ThreadFactory {
    private static final AtomicInteger poolNumber = new AtomicInteger(1);
    private final ThreadGroup group;
    private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
    private final String namePrefix;

    MyThreadFactory() {
        SecurityManager s = System.getSecurityManager();
        group = (s != null) ? s.getThreadGroup() :
                Thread.currentThread().getThreadGroup();
         //此处只修改了一下名字前缀      
        namePrefix = "业务1-" +
                poolNumber.getAndIncrement() +
                "-thread-";
        System.out.println("--->"+namePrefix);
    }
    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = new Thread(group, r,
                namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),
                0);
        if (t.isDaemon()){
            t.setDaemon(false);
        }
        if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY){
            t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        }
        return t;
    }
}

自定义拒绝策略

public class MyThreadRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        MyThreadRunsPolicy() {
            super();
        }

        @Override
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
            try {
                final Thread t = new Thread(r, "Temporary task executor");
                t.start();
            } catch (Throwable e) {
                throw new RejectedExecutionException("Failed to start a new thread", e);
            }
        }
    }

Executors 框架已经为我们实现了 4 种拒绝策略：

AbortPolicy（默认）：丢弃任务并抛出 RejectedExecutionException 异常。
CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务，
DiscardPolicy：丢弃任务，但是不抛出异常。
DiscardOldestPolicy：丢弃队列最早的未处理任务，然后重新尝试执行任务。

6. springboot集成线程池

全局线程池配置

@Configuration
@EnableAsync // 利用@EnableAsync注解开启异步任务支持
public class CustomMultiThreadingConfig {
    @Bean("threadPoolTaskExecutor")
    public Executor getAsyncExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        // 核心线程数
        taskExecutor.setCorePoolSize(10);
        // 最大线程数
        taskExecutor.setMaxPoolSize(20);
        //配置队列大小
        taskExecutor.setQueueCapacity(10);
        // 配置线程池前缀
        taskExecutor.setThreadNamePrefix("async-service-");
        // 配置拒绝策略
        taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new MyThreadRunsPolicy());
        // 数据初始化
        taskExecutor.initialize();
        return taskExecutor;
    }

    private static final class MyThreadRunsPolicy implements RejectedExecutionHandler {
        MyThreadRunsPolicy() {
            super();
        }

        @Override
        public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
            try {
                final Thread t = new Thread(r, "Temporary task executor");
                t.start();
            } catch (Throwable e) {
                throw new RejectedExecutionException("Failed to start a new thread", e);
            }
        }
    }
}

待线程池执行任务添加@Async("threadPoolTaskExecutor")

@Component
public class AsyncSubTaskExecutorServiceImpl implements AsyncSubTaskExecutorService {
    @Async("threadPoolTaskExecutor")
    @Override
    public void extracted() {
        
    }
}

注意：异步方法A调用异步方法B时，A和B不能在同一类中，否则无效

7. 浅谈设置线程池大小

7.1 计算线程池最优大小的公式：

W/C 称为阻塞系数，对于CPU密集型任务阻塞系数为0，cpu核的数量就是线程数，拥有更多的线程数也是用处不大的。也可以得到“线程等待时间所占比例越高，需要越多线程”。

7.1.1 获取核数

16个CPU，1核，所以有16个逻辑CPU

7.1.2 获取等待输入输出的CPU时间百分比

"top"命令查看cup详情

按“1”键查看所有cpu

wa 等待输入输出的CPU时间百分比，CPU等待磁盘IO操作的时间

us 用户空间占用CPU百分比，比如shell程序、各种语言的编译器、数据库应用、web服务器和各种桌面应用等；

sy 内核空间占用CPU百分比，系统资源都是由Linux内核处理，比如分配一些内存、或是执行IO操作、再或者是去创建一个子进程。

7.2 实战：reconciliationweb结算同步任务线程数调试

1. 根据并发高低和任务执行时间来估算线程数

并发	任务执行时间	业务类型	估算
高	短		cpu核数+1，减少线程上下文切换
高	长		使用中间件等加速执行时间
低	长	IO密集型：文件传输，网络请求等，cpu需等待结果后执行下一步	cpu核数*2+1
低	长	CPU密集型：递归计算等	cpu核数+1
低	短		cpu核数+1