工作三年，小胖问我线程池是什么？真的离谱！

线程池

欢迎来到狗哥多线程系列连载。本篇是线程相关的第六篇，前五篇分别是：

创建线程到底有几种方式？
线程有多少种状态？Runnable 一定在执行任务吗？
万字长文，Thread 类源码解析！
wait、notify/notifyAll 解析
线程之生产者消费者模式

什么是线程池？

线程池是一种池化技术，简单来说就是一个管理线程的池子。这个池子里面的线程数是固定的，当任务数量大于线程数量时，会对线程进行复用。一个线程执行完任务，就回到这等待下一个任务的招唤，也不要你销毁。类似的还有我们工作常接触的数据库连接池。java 中的线程池主要是 juc （java.util.concurrent）包来复制，主要是由 ThreadPoolExecutor 和 ScheduledThreadPoolExecutor 类来实现，后者在前者的基础上增加了定时执行的功能。

为什么使用线程池？

那为什么要使用线程池呢？手动创建不香吗？真的不香，手动创建的情景仅仅适合很少任务量的情况。比如：只有一个任务，这问题不大。

public class OneTask {

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread0 = new Thread(new Task());
        thread0.start();
    }

    static class Task implements Runnable {

        public void run() {
            System.out.println("Thread Name: " + Thread.currentThread().getName());
        }
    }
    
}

那如果我就是有 10000 个任务呢？要这样写吗？

public class OneTask {

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            Thread thread0 = new Thread(new Task());
            thread0.start();
        }
    }

    static class Task implements Runnable {

        public void run() {
            System.out.println("Thread Name: " + Thread.currentThread().getName());
        }
    }

}

运行结果：

Thread Name: Thread-9977
Thread Name: Thread-9975
Thread Name: Thread-9973
Thread Name: Thread-9951
Thread Name: Thread-9999

Excuse me? 创建 10000 个线程？疯了吧？java 是一门高级语言，很多底层的工作对我们来说都是黑盒，比如垃圾自动回收。每一个线程从创建到销毁都要占用资源，用完需要回收的。

10000 个线程造成的垃圾回收开销得有多大呀，如果还是需要耗费一定时间的任务呢？要是我的线程任务很简单就是打印个日志，使用线程的内存开销比任务执行本身的开销还要大，这时就会得不偿失。

简而言之，频繁创建线程带来两点很不友好的问题：

• 反复创建线程系统开销比较大，每个线程创建和销毁都需要时间。
• 过多的线程会占用过多的内存等资源，还会带来过多的上下文切换，同时还会导致系统不稳定。

但我的任务确实多，咋办？这个时候线程池就出现了，它的出现解决了以上两点问题。

首先，针对反复创建线程开销大的问题，线程池用固定数量的线程保持工作状态并复用。

其次，针对过多线程占用太多内存资源的问题，线程池根据需要创建线程，控制线程的总数量，避免占用过多内存资源。

java 的线程池

线程池嘛，就是个池子。这里面的线程是固定的且可控的，java 提供了 Executor 接口方便我们实现线程池，它的继承关系是这样的：

Executor.png

其中 ThreadPoolExecutor 和 ScheduledThreadPoolExecutor 是实现线程池的两个类，区别上文说过了。

另外，还有个 JDK1.7 才出现的线程池：ForkJoinPool，它适合执行可产生子任务的任务，第一步是拆分也就是 Fork，第二步是汇总也就是 Join。继承关系是这样的（后面再单独出一期专门研究这个线程池）。

ForkJoinPool.png

线程池的执行流程

图源：拉勾教育-Java并发编程.png

1、首先提交任务，检查核心线程池是否已满？满了丢进队列。未满则创建线程执行任务。
2、队列是否已满？满了检查整个线程池是否已满？未满则是添加到队列中排队等待。
3、整个线程池都没可用线程了，直接根据拒绝策略处理新任务。

线程池的参数

找到 ThreadPoolExecutor 的构造方法：

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
    int maximumPoolSize,
    long keepAliveTime,
    TimeUnit unit,
    BlockingQueue < Runnable > workQueue,
    ThreadFactory threadFactory,
    RejectedExecutionHandler handler) {}

它一共有如下7 个参数：

图源：拉勾教育-Java并发编程

ThreadPoolExecutor 构造传入这 7 个参数，就可以创建一个线程池了，下面逐一解释：

1、corePoolSize 是核心线程数，就是指定线程池有多少始终活跃的线程，这个是根据业务需求定的，线程池执行过程的第一步就是检查核心线程数是不是都已经满了。

2、maximumPoolSize 是整个线程池的最大线程数，超出核心线程的部分有空闲，是可以进行回收的。所以正常情况下，线程池中的线程数量会处在 corePoolSize 与 maximumPoolSize 的闭区间内。

二者区别

maximumPoolSize 包含 corePoolSize 和 maximumPoolSize减corePoolSize。他两就像长工和临时工的区别。打个比方外包公司接到大项目，需要 100 个程序员才能搞定，可公司内部就只有 10 个猿。咋办？招 90 个临时的呗，干完活就开掉。原有的 10 个就是长工对应 corePoolSize ，即使没这项目他在公司还有活干。而剩下就 90 个就是临时的，对应 maximumPoolSize - corePoolSize，做完项目就不需要了。残酷吧？

所以，maximumPoolSize = corePoolSize + 临时工

3、keepAliveTime + 时间单位用于定义核心线程以外的线程（临时工，如果有的话）的存活时间，也就是说，这是定义临时工能活多久的参数。

4、ThreadFactory 是线程工厂，用于创建线程。有默认的，也可自定义实现。

5、workQueue 是阻塞队列，也就是暂时存任务的地方。

6、Handler 是拒绝策略，后面专门有一篇文章来探讨。

了解了这 7 个参数，现在我们设定 corePoolSize = 5，maximumPoolSize = 10，阻塞队列长度 = 100。再来看一个动图，你对上面的流程图的理解会更深。

图源：拉勾教育 Java 并发编程

有哪 6 种线程池，如何使用？

除了自定义，良心的 java 给我们实现了 3 类，6 个线程池，分别是：

由 ThreadPoolExecutor 创建

• FixedThreadPool
• CachedThreadPool
• SingleThreadExecutor

由 ScheduledThreadPoolExecutor 创建

• ScheduledThreadPool
• SingleThreadScheduledExecutor

JDk 1.7 出现

• ForkJoinPool （原理较复杂，后面再讲）

FixedThreadPool（固定数目的线程池）

public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
        return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                                      0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                      new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
}

• 固定线程数的线程池，核心线程数与最大线程数一样。
• 即使任务数 > 核心线程数，也不会再创建线程，而是扔到队列等待。
• 队列也满了，那就走拒绝策略。
• 线程闲置，马上回收。

线程数量固定，比较适用于耗时较长的任务。避免频繁回收和分配线程。

执行过程：线程池有 t0 ~ t9 十个线程，他们不断执行任务，期间任务不会减少不会增加，因为核心线程数 = 最大线程数。

FixedThreadPool 图源：拉勾教育 Java 并发编程

用法：用它生成 10 个线程，来执行 10000 个任务：

public class MyThreadPoolTest {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            executorService.execute(new Thread(new Task()));
        }
        executorService.shutdown();
    }

    static class Task implements Runnable {

        public void run() {
            System.out.println("Thread Name: " + Thread.currentThread().getName());
        }

    }
}

执行结果：可以看到来来去去都是 1~10 这几个线程在跑任务，并没有编号为 11 的线程。

Thread Name: pool-1-thread-1
Thread Name: pool-1-thread-2
Thread Name: pool-1-thread-6
Thread Name: pool-1-thread-8
Thread Name: pool-1-thread-7
Thread Name: pool-1-thread-7
Thread Name: pool-1-thread-1
Thread Name: pool-1-thread-2
Thread Name: pool-1-thread-6
Thread Name: pool-1-thread-10
Thread Name: pool-1-thread-3

CachedThreadPool（可缓存线程的线程池）

上源码：

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {
        return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,
                                      60L, TimeUnit.SECONDS,
                                      new SynchronousQueue<Runnable>());
    }

• 核心线程数 = 0，要是一直没任务线程数就 = 0。
• 最大线程数是无限增加的（最大可到 Integer.MAX_VALUE，为 2^31-1，基本不可能达到）。
• 线程数并非固定不变，默认闲置线程超过 60s 没工作，则销毁。
• 队列是 SynchronousQueue 容量是 0，不存储任务，只做中转。

适用于耗时较短的任务、任务处理速度 > 任务提交速度。就不会造成不断创建新线程。

用法：用它提交 10000 个任务，并执行。

public class MyThreadPoolTest {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            executorService.execute(new Thread(new Task()));
        }
        executorService.shutdown();
    }

    static class Task implements Runnable {

        public void run() {
            System.out.println("Thread Name: " + Thread.currentThread().getName());
        }

    }
}

执行结果：只要有任务提交就新建线程执行

Thread Name: pool-1-thread-826
Thread Name: pool-1-thread-827
Thread Name: pool-1-thread-233
Thread Name: pool-1-thread-303
Thread Name: pool-1-thread-321
Thread Name: pool-1-thread-833
Thread Name: pool-1-thread-825
Thread Name: pool-1-thread-832
Thread Name: pool-1-thread-69
Thread Name: pool-1-thread-18
Thread Name: pool-1-thread-830
Thread Name: pool-1-thread-829

SingleThreadExecutor（单线程的线程池）

源码：

public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {
        return new FinalizableDelegatedExecutorService
            (new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                                    new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));
    }

• 最大线程数和核心线程都 = 1，有且只有一个线程。

这货有啥使用场景？还真有，比如：用于所有任务都需要按被提交的顺序依次执行的场景

用法：

public class MyThreadPoolTest {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            executorService.execute(new Thread(new Task()));
        }
        executorService.shutdown();
    }

    static class Task implements Runnable {

        public void run() {
            System.out.println("Thread Name: " + Thread.currentThread().getName());
        }

    }
}

结果：

Thread Name: pool-1-thread-1
Thread Name: pool-1-thread-1
Thread Name: pool-1-thread-1
Thread Name: pool-1-thread-1
Thread Name: pool-1-thread-1
···

ScheduledThreadPool（定时或周期的线程池）

源码：

public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {
    return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);
}

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue());
}

适用场景：定时或周期性执行任务，它有三个重要的方法：

ScheduledExecutorService service = Executors.newScheduledThreadPool(10);

// 延迟指定时间后执行一次任务（这里是 10s 后执行完任务，结束）
service.schedule(new Task(), 10, TimeUnit.SECONDS);

// 以固定的频率执行任务（表示第一次延时后每次延时多长时间执行一次），第二个参数是第一次延迟的时间，第三个参数是周期
service.scheduleAtFixedRate(new Task(), 10, 10, TimeUnit.SECONDS);

// 类似于第二个，区别在于周期的定义。第二个方法的周期是以任务开始时间为起始时间计时，而这个是以任务结束的时间为起始时间
service.scheduleWithFixedDelay(new Task(), 10, 10, TimeUnit.SECONDS);

用法：

public class MyThreadPoolTest {

    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService executorService = Executors.newScheduledThreadPool(10);
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            executorService.schedule(new Thread(new Task()), 10, TimeUnit.SECONDS);
        }
        executorService.shutdown();
    }

    static class Task implements Runnable {

        public void run() {
            System.out.println("Thread Name: " + Thread.currentThread().getName());
        }

    }
}

SingleThreadScheduledExecutor（定时或周期的单线程线程池）

源码：

public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {
    return new DelegatedScheduledExecutorService
            (new ScheduledThreadPoolExecutor(1));
}

public ScheduledThreadPoolExecutor(int corePoolSize) {
    super(corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS,
              new DelayedWorkQueue());
}

SingleThreadScheduledExecutor 只有一个线程且支持定时、周期功能。很明显是 ScheduledThreadPool 和 SingleThreadExecutor 的结合体。适用于对执行顺序有要求，且需要定时或周期执行的任务

用法：

public class MyThreadPoolTest {

    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            executorService.schedule(new Thread(new Task()), 10, TimeUnit.SECONDS);
        }
        executorService.shutdown();
    }

    static class Task implements Runnable {

        public void run() {
            System.out.println("Thread Name: " + Thread.currentThread().getName());
        }

    }
}

巨人的肩膀

• https://kaiwu.lagou.com/course/courseInfo.htm?courseId=59#/detail/pc?id=1762

总结

本文聊了聊线程池是什么？为什么？怎么用？以及分析了线程池的执行过程，各参数含义、Java 各线程池的使用以及使用场景。相信你看完会有所收获，当然，由于篇幅原因，阻塞队列、拒绝策略等参数后面再发文探讨。另外，如文章有错，请友善指正，感激不尽。

小福利

如果看到这里，喜欢这篇文章的话，请帮点个好看。微信搜索一个优秀的废人，关注后回复电子书送你 100+ 本编程电子书 ，不只 Java 哦，详情看下图。回复 1024送你一套完整的 java 视频教程。

资源 C语言 C++ Java Git Python GO Linux 经典必读 面试相关 前端 人工智能 设计模式 数据库 数据结构与算法 计算机基础