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Java并发编程（5）

殳世英 14 小时前
线程池

1、什么是线程池？


  • 管理线程，避免增加创建线程和销毁线程的资源消耗：线程也是一个对象，创建一个对象要类加载，销毁一个对象要走GC垃圾回收流程，都是有资源开销的。
  • 提高响应速度：对比普通的做法，是重新创建一个线程执行，要慢很多。
  • 重复利用：线程用完再放回池子，可以达到重复利用的效果，节省资源。
2、说说工作中线程池的应用

 　　可以讲在拼团中怎么用的。
3、说一下线程池的工作流程


  •  线程池刚创建时，里面没有一个线程。任务队列是作为参数传进来的（因为可以选择）。
  • 当调用excute()方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：

    • 若正在运行的线程数量小于corePoolSize，则马上创建线程运行这个任务。
    • 若正在运行的线程数量大于或等于corePoolSize，则将这个任务放入队列。
    • 若这时队列满了，而且正在运行的线程数量小于maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻执行这个任务。
    • 若队列满了，且正在运行的线程数量大于或等于maximumPoolSize，那么线程池会根据拒绝策略来应对处理。

  • 当一个线程完成任务时，它会从队列中取下一个任务来执行。
  • 当一个线程无事可做，超过一定的时间（keepAliveTime）时，线程池会判断，若当前正在运行的线程数大于corePoolSize，那么这个线程会被停掉。所以线程池的所有任务完成后，它最终会收缩到corePoolSize的大小。
为什么不直接填满到maximyumPoolSize：

  • 内存占用大、上下文切换频繁消耗CPU、同步开销大。
  • 动态扩展的方案只在高峰期临时创建更多线程，是一种“按需分配”的原则：先用少量核心线程处理常规负载，队列缓冲短期突发请求，实在处理不过来才会额外创建线程，空闲时回收多余线程。是为了在响应速度和资源效率之间取得最佳平衡。
4、线程池主要参数有哪些？

<ul>corePoolSize：初始化线程池中核心线程数，当线程池中线程数小于corePoolSize时，系统默认是添加一个任务才从创建一个线程。
maximumPoolSize：表示允许的最大线程数 = 非核心线程数+ 核心线程数。当工作队列也满了，但线程池中总线程数 submit(Runnable task) Future submit(Callable task)特点：可以提交 Runnable 或 Callable 任务；返回 Future 对象，可以获取结果、取消任务、捕获异常；如果任务抛出异常，异常会被封装在 Future 中，只有调用 get() 时才会抛出 ExecutionException。[/code]6、线程池怎么关闭

(1) shutdown()

  • 行为：停止接收新任务；已提交的任务（正在执行的 + 队列中等待的）会执行完。
  • 特点：平滑关闭，常用方式。
  • 注意：调用后线程池状态会变为 SHUTDOWN，不会立刻终止。
(2) shutdownNow()

  • 行为：停止接收新任务，清空队列中的等待任务，并尝试中断正在执行的任务。
  • 返回值：未执行的任务列表。
  • 特点：强制关闭，风险较大（可能造成数据不一致）。
  • 注意：线程是否真正中断，取决于任务代码是否响应中断。
(3) awaitTermination(timeout, unit)

  • 用法：
     pool.shutdown(); if (!pool.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) { pool.shutdownNow(); }
  • 作用：在调用 shutdown() 后等待一段时间，如果线程池没有在指定时间内终止，再调用 shutdownNow() 强制关闭。
  • 特点：常用于“优雅关闭”+“兜底强制关闭”组合。
(4) isShutdown() / isTerminated()

  • isShutdown()：调用 shutdown() 或 shutdownNow() 后返回 true。
  • isTerminated()：所有任务执行结束，线程池完全终止时返回 true。
  • 可配合轮询检测线程池状态，做收尾逻辑。
7、线程池的线程数应该怎么配置

(1) 计算密集型任务

  • 特点：大部分时间消耗在 CPU 运算上。
  • 配置：CPU核数 + 1。
  • 理由：核心数保证最大并行度，额外的 +1 用来应对偶尔的线程挂起（页缺失、GC、上下文切换）。
(2) IO 密集型任务

  • 特点：大部分时间等待 IO（数据库、网络、磁盘等）。
  • 配置：CPU核数 * 2（甚至更高，取决于 IO 等待比例）。
  • 理由：IO 期间线程空闲，更多线程可提升 CPU 利用率。
(3) 混合型任务

  • 特点：既包含计算，又包含 IO。
  • 配置方法：

    • 比例分解法：根据任务中 IO 和计算占比，估算最优线程数。
    • 分池法：将任务拆分为计算型和 IO 型，分别放入不同线程池，避免资源竞争。

(4) 经验公式（IO 密集型可参考）
线程数=CPU核心数×(1+IO时间计算时间)线程数 = CPU核心数 \times (1 + \frac{IO时间}{计算时间})线程数=CPU核心数×(1+计算时间IO时间​)

  • 如果 IO 占比高，线程数可比 CPU 数大得多。
8、有哪几种常见的线程池

(1) newFixedThreadPool

  • 核心线程数 = 最大线程数 = 固定值。
  • keepAliveTime = 0，线程不会被回收。
  • 阻塞队列 = LinkedBlockingQueue（无界队列）。
  • 特点：线程数固定，任务多了就排队。
  • 适用场景：适合 CPU 密集型任务，线程数可设置为 CPU 核心数 或略大。
(2) newCachedThreadPool

  • 核心线程数 = 0；最大线程数 = Integer.MAX_VALUE（相当于无限大）。
  • keepAliveTime = 60s，空闲线程超过时间会回收。
  • 阻塞队列 = SynchronousQueue（没有容量，任务直接交给线程执行）。
  • 特点：任务多就创建新线程，空闲一段时间自动回收。
  • 适用场景：适合 大量并发的短期小任务，但要注意可能导致线程数过多，风险较大。
(3) newSingleThreadExecutor

  • 核心线程数 = 最大线程数 = 1。
  • keepAliveTime = 0。
  • 阻塞队列 = LinkedBlockingQueue（无界队列）。
  • 特点：单线程串行执行，保证任务按照提交顺序（FIFO）执行。
  • 适用场景：适合 需要顺序执行任务、或全局只需要一个后台线程的场景。
(4) newScheduledThreadPool

  • 核心线程数 = 指定值；最大线程数 = Integer.MAX_VALUE。
  • keepAliveTime = 0。
  • 阻塞队列 = DelayQueue。
  • 特点：支持定时和周期性任务调度。
  • 适用场景：适合定时执行任务（如心跳检测、周期任务）。
(5) newWorkStealingPool（JDK 1.8+ 新增）

  • 使用 ForkJoinPool 实现。
  • 核心线程数 = CPU 核心数（Runtime.getRuntime().availableProcessors()）。
  • 特点：基于“工作窃取算法”，空闲线程可以从其他线程队列里偷任务执行，负载均衡。
  • 适用场景：适合 大批量、小任务并行计算（如分治计算）。
9、线程池异常怎么处理？

　　在使用线程池时，经常会遇到这样的情况：线程池本身没问题，但任务（Runnable/Callable）运行过程中抛出了异常。
如果没有额外处理，这些异常可能会被“吞掉”，导致我们难以及时发现问题。
本文总结了常见的几种线程池任务异常处理方式。
(1) 在任务内部 try-catch
  1. // 1. 默认工厂（抽象但可用）
  2. ThreadFactory defaultFactory = Executors.defaultThreadFactory();
  4. // 2. 自定义工厂 - 可以完全控制线程创建过程
  5. ThreadFactory customFactory = new ThreadFactory() {
  6.     private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
  7.    
  8.     @Override
  9.     public Thread newThread(Runnable r) {
  10.         Thread t = new Thread(r);
  11.         t.setName("my-pool-worker-" + threadNumber.getAndIncrement());
  12.         t.setDaemon(false); // 设置为非守护线程
  13.         t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY); // 设置优先级
  14.         return t;
  15.     }
  16. };
  18. // 3. 在线程池中使用
  19. ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(
  20.     CORE_POOL_SIZE,
  21.     MAXIMUM_POOL_SIZE,
  22.     60L, TimeUnit.SECONDS,
  23.     new LinkedBlockingQueue<Runnable>(),
  24.     customFactory, // 这里传入自定义工厂
  25.     new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
  26. );
复制代码
优点：简单直观，能捕获异常。
缺点：需要每个任务都写 try/catch，容易遗漏，不够统一。
(2) submit() + Future.get()
  1. (1) execute()
  3. 用法：void execute(Runnable command)
  5. 特点：
  7. 只能提交 Runnable 任务；
  9. 没有返回值；
  11. 如果任务抛出异常，异常会直接抛到线程中，最终由线程的 UncaughtExceptionHandler 或 afterExecute 捕获。
复制代码
特点：

  • 使用 submit() 提交任务会返回 Future；
  • 如果调用 get()，会抛出 ExecutionException，异常可以被捕获；
  • 但如果 不调用 get()，异常就会被“吞掉”。
适合需要拿任务返回值的场景。
(3) 设置线程的 UncaughtExceptionHandler

 
  1. (2) submit()
  3. 用法：
  5. Future<?> submit(Runnable task)
  7. <T> Future<T> submit(Callable<T> task)
  9. 特点：
  11. 可以提交 Runnable 或 Callable 任务；
  13. 返回 Future 对象，可以获取结果、取消任务、捕获异常；
  15. 如果任务抛出异常，异常会被封装在 Future 中，只有调用 get() 时才会抛出 ExecutionException。
复制代码
 特点：

  • 给线程绑定一个全局的异常处理器。
  • 任务里不用写 try/catch，异常会被统一捕获和处理。
  • 适用于 execute() 提交的任务。
  • 但对 submit() 提交的异常无效（因为被封装到 Future 里）。
(4) 重写 afterExecute()
  1. pool.execute(() -> {
  2.     try {
  3.         int a = 1 / 0;
  4.     } catch (Exception e) {
  5.         System.err.println("任务异常: " + e.getMessage());
  6.     }
  7. });
复制代码
 特点：

  • t 参数能捕获 execute() 的异常；
  • Future.get() 能捕获 submit() 的异常；
  • 这样就能 统一捕获 execute 和 submit 的异常；
  • 比单纯的 UncaughtExceptionHandler 更全面。
10、说一下线程池有几种状态

(1) RUNNING

  • 默认初始状态，可以接受新任务，也可以处理阻塞队列中的任务。
  • 调用 shutdown() → 转为 SHUTDOWN；调用 shutdownNow() → 转为 STOP。
(2) SHUTDOWN

  • 不再接受新任务，但会继续处理阻塞队列中的任务和正在执行的任务。
  • 当队列为空且活动线程数为 0 → 转为 TIDYING。
(3) STOP

  • 不再接受新任务，也不处理阻塞队列中的任务。
  • 会中断正在运行的任务（通过调用线程的 interrupt()）。
  • 一般由 shutdownNow() 触发。
(4) TIDYING

  • 所有任务都结束，活动线程数为 0。
  • 会执行 terminated() 钩子方法，通常用于清理资源。
  • 是进入终止前的过渡状态。
(5) TERMINATED

  • 线程池彻底终止，生命周期完全结束。
  1. Future<?> future = pool.submit(() -> {
  2.     int a = 1 / 0;
  3. });
  5. try {
  6.     future.get(); // 会抛 ExecutionException
  7. } catch (Exception e) {
  8.     System.err.println("捕获到异常: " + e.getCause());
  9. }
复制代码
11、线程池如何实现参数的动态修改

(1) ThreadPoolExecutor 提供的 setter 方法
<ul data-start="108" data-end="399"><li data-start="108" data-end="147">setCorePoolSize(int corePoolSize)
<li data-start="148" data-end="193">setMaximumPoolSize(int maximumPoolSize)
<li data-start="194" data-end="242">setKeepAliveTime(long time, TimeUnit unit)
<li data-start="243" data-end="294">setThreadFactory(ThreadFactory threadFactory)
<li data-start="295" data-end="399">
setRejectedExecutionHandler(RejectedExecutionHandler handler)

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