22 | Executor与线程池：如何创建正确的线程池？

在Java并发编程中，线程池（ThreadPool）是一种基于池化技术来管理线程的生命周期、复用线程资源并减少线程创建和销毁开销的重要机制。java.util.concurrent包中的Executor框架为我们提供了强大的线程池支持，使得并发编程更加高效和易于管理。本章将深入探讨如何根据实际需求创建合适的线程池，包括理解线程池的基本概念、选择正确的线程池类型、配置线程池参数以及避免常见陷阱。

22.1 理解线程池基础

线程池是一种能够管理一组同构工作线程的资源池，这些线程可以执行提交给它的任务。线程池的主要优势包括：

• 资源复用：通过复用现有线程而不是每次执行新任务时都创建新线程，减少了线程的创建和销毁开销。
• 提高响应速度：当任务到达时，线程池中的线程可以立即响应，无需等待新线程的创建。
• 线程管理：通过线程池，可以方便地管理线程的生命周期、数量以及执行策略，如设置线程优先级、线程守护状态等。
• 并发控制：可以控制同时执行的线程数量，有助于避免过多的线程竞争资源导致的系统资源耗尽。

22.2 Executor框架简介

Executor框架是Java并发包中的核心之一，它提供了一系列用于任务执行、任务调度、线程池管理等功能的类和接口。Executor是一个接口，它定义了执行已提交任务的方法。而ExecutorService接口则扩展了Executor接口，增加了任务管理的能力，如关闭线程池、提交Callable任务并获取结果等。

22.3 线程池的类型与选择

Java并发包提供了几种不同的线程池实现，每种实现都适用于不同的场景。了解这些类型及其特点，是创建正确线程池的前提。

1. FixedThreadPool：固定大小的线程池。如果所有线程都忙于执行任务，新任务将在队列中等待，直到有线程空闲。适合执行长期运行的任务，且任务数量相对稳定的场景。

2. CachedThreadPool：可缓存的线程池。当线程池中的线程数量超过处理任务所需的线程数时，多余空闲线程将在一段时间后自动终止。如果后续需要，则重新创建新线程。适合执行大量短期异步任务，可以提高程序响应速度。

3. ScheduledThreadPool：支持定时及周期性任务执行的线程池。它允许你调度命令在给定的延迟后运行，或者定期地执行。

4. SingleThreadExecutor：单线程化的Executor。它使用单个工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序（FIFO、LIFO、优先级）执行。适用于需要按顺序执行任务的场景。

5. ForkJoinPool：一种特殊的线程池，用于执行可以分解为更小任务的任务。它使用分而治之的策略来并行处理大规模计算任务。

22.4 创建线程池的步骤

1. 分析需求：首先，明确你的应用需求，包括任务类型（CPU密集型、IO密集型、定时任务等）、任务执行时间、任务数量等。

2. 选择线程池类型：根据需求分析结果，选择合适的线程池类型。

3. 配置线程池参数：

   • 核心线程数（corePoolSize）：线程池中保持存活的最少线程数。
   • 最大线程数（maximumPoolSize）：线程池中允许的最大线程数。
   • 存活时间（keepAliveTime）：当线程数大于核心线程数时，这是多余空闲线程在终止前等待新任务的最长时间。
   • 工作队列（workQueue）：用于存放待执行的任务的阻塞队列。常见的队列类型有ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、SynchronousQueue等。
   • 线程工厂（ThreadFactory）：用于创建新线程的工厂，可以通过它设置线程名称、优先级等属性。
   • 拒绝策略（RejectedExecutionHandler）：当线程池和队列都满了时，对新任务的处理策略，如抛出异常、直接丢弃、丢弃最旧任务等。

4. 创建并启动线程池：使用Executors工厂类提供的静态方法或直接实例化ThreadPoolExecutor来创建线程池，并启动执行任务。

5. 监控与调优：通过监控线程池的运行状态（如活跃线程数、任务队列长度等），调整线程池参数以达到最优性能。

22.5 避免常见陷阱

1. 资源耗尽：不当的线程池配置（如过大的最大线程数）可能导致系统资源耗尽，影响应用性能甚至导致系统崩溃。

2. 死锁：在提交给线程池的任务中，应避免使用同步原语（如synchronized、ReentrantLock等）不当导致的死锁。

3. 任务拒绝：当线程池和队列都满时，新任务将被拒绝执行。应合理设置拒绝策略，或监控任务提交情况，及时调整线程池配置。

4. 线程泄露：如果线程池中的线程在执行任务时，由于某些原因（如等待外部资源、持有锁等）而无法结束，将导致线程泄露。应确保任务能够正常结束，或设置合理的存活时间让空闲线程自动终止。

5. 上下文切换开销：过多的线程会导致频繁的上下文切换，降低系统性能。应根据任务类型和硬件条件合理设置线程数量。

22.6 总结

创建正确的线程池是Java并发编程中的一项重要技能。通过深入理解线程池的基本概念、选择合适的线程池类型、合理配置线程池参数以及避免常见陷阱，我们可以有效地利用线程池来提高程序的并发性能和响应速度。在实际应用中，还需要根据应用的具体需求和运行环境进行灵活的调整和优化。