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文章标题：Java 中的 ThreadPoolExecutor 如何实现自定义线程池？
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在Java中，ThreadPoolExecutor 类是 java.util.concurrent 包下的一个关键组件，它提供了丰富的API来定制线程池的行为，包括线程池的大小、任务的队列类型、拒绝策略等。通过灵活配置这些参数，我们可以实现高度自定义的线程池来满足不同的并发处理需求。下面，我将深入探讨如何使用 ThreadPoolExecutor 来创建并配置一个自定义线程池，同时穿插一些高级话题和最佳实践。

一、ThreadPoolExecutor 的基本构造器

ThreadPoolExecutor 提供了多个构造器，但最常用的是包含多个参数的构造器，它允许我们细致地控制线程池的行为。这个构造器的签名如下：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                          int maximumPoolSize,
                          long keepAliveTime,
                          TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                          ThreadFactory threadFactory,
                          RejectedExecutionHandler handler)
  • corePoolSize：线程池核心线程数，即线程池中保持的存活线程数，即使这些线程处于空闲状态，也不会被销毁。只有当核心线程数满了，新任务才会被放入队列等待执行。
  • maximumPoolSize：线程池能够容纳同时执行的最大线程数。当工作队列满时，如果已创建的线程数小于最大线程数，则会继续创建新线程来处理任务。
  • keepAliveTime 和 unit：非核心线程的空闲存活时间。当线程池中的线程数大于核心线程数时，如果某个线程的空闲时间超过这个值，那么该线程将被终止。
  • workQueue：用于存放待执行任务的阻塞队列。当核心线程数已满，且新任务到来时，会尝试将任务放入队列中等待执行。
  • threadFactory：用于创建新线程的工厂。通过自定义线程工厂，可以设定线程的名称、优先级、是否为守护线程等。
  • handler：当线程池和队列都满了时，用于处理新任务的拒绝策略。Java提供了几种默认的拒绝策略，也可以自定义。

二、创建自定义线程池

为了创建一个自定义的线程池，我们需要根据实际需求配置上述参数。以下是一个具体的示例：

import java.util.concurrent.*;

public class CustomThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        // 核心线程数
        int corePoolSize = 5;
        // 最大线程数
        int maximumPoolSize = 10;
        // 非核心线程的空闲存活时间
        long keepAliveTime = 1L;
        // 时间单位
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        // 任务队列
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(100);
        // 线程工厂
        ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory();
        // 拒绝策略
        RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy();

        // 创建ThreadPoolExecutor实例
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
                corePoolSize,
                maximumPoolSize,
                keepAliveTime,
                unit,
                workQueue,
                threadFactory,
                handler
        );

        // 提交任务
        for (int i = 0; i < 150; i++) {
            int taskId = i;
            executor.execute(() -> {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is processing task " + taskId);
                try {
                    // 模拟任务执行时间
                    Thread.sleep(100);
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            });
        }

        // 关闭线程池
        executor.shutdown();
        try {
            // 等待所有任务完成
            if (!executor.awaitTermination(Long.MAX_VALUE, TimeUnit.NANOSECONDS)) {
                System.err.println("Pool did not terminate");
            }
        } catch (InterruptedException ie) {
            // 当前线程在等待过程中被中断
            executor.shutdownNow();
            // 保存中断状态
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

三、高级话题和最佳实践

1. 线程工厂的使用

通过自定义 ThreadFactory，可以更加灵活地控制线程的创建过程。例如，我们可以为线程池中的每个线程设置特定的名称，便于在日志中追踪问题：

ThreadFactory namedThreadFactory = new ThreadFactoryBuilder()
    .setNameFormat("custom-pool-%d")
    .build();

这里使用了Guava库中的 ThreadFactoryBuilder 来方便地创建命名线程工厂。

2. 拒绝策略的选择

Java提供了四种默认的拒绝策略：

  • AbortPolicy：直接抛出 RejectedExecutionException 异常。
  • CallerRunsPolicy：由提交任务的线程直接执行该任务。
  • DiscardPolicy：静默地丢弃无法处理的任务，不抛出异常。
  • DiscardOldestPolicy：丢弃队列中等待最久的任务，然后尝试重新提交当前任务。

根据业务场景选择合适的拒绝策略，或者自定义拒绝策略以满足特定需求。

3. 线程池监控

为了监控线程池的状态，我们可以使用 ThreadPoolExecutor 提供的几个方法，如 getQueue()（获取任务队列）、getActiveCount()（获取当前活跃的线程数）等。另外，通过JMX（Java Management Extensions）也可以对线程池进行监控和管理。

4. 优雅关闭线程池

在应用程序关闭时，应优雅地关闭线程池以释放资源。使用 shutdown() 方法会启动线程池的关闭序列，不再接受新任务，但会等待已提交的任务完成。如果需要立即关闭线程池，可以尝试使用 shutdownNow() 方法，它会尝试停止所有正在执行的任务，并返回等待执行的任务列表。

四、总结

通过ThreadPoolExecutor，Java开发者可以创建高度自定义的线程池来满足各种并发处理需求。合理配置线程池的参数，选择合适的任务队列和拒绝策略，以及通过自定义线程工厂和监控线程池状态，可以显著提升应用程序的性能和稳定性。在实际开发中，结合业务场景和性能需求，灵活应用这些高级特性和最佳实践，是构建高效并发应用的关键。

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