Java线程池的创建和使用

在Java并发编程中，线程池是一种常用的资源管理方式。通过线程池，我们可以更好地管理线程、提高系统的并发性并避免线程创建、销毁的频繁开销，从而使系统更加稳定和可靠。Java线程池提供了一组API，可以方便地创建和管理线程池，本文将从多个方面对Java线程池的创建与使用做一个详细的阐述。

一、线程池的创建

Java线程池提供了几个构造函数和静态方法来创建线程池，主要有以下几种：

1. 自定义线程池

可以通过ThreadPoolExecutor构造函数自定义线程池。ThreadPoolExecutor具有更高的灵活性，可以指定核心池大小、最大池大小、线程存活时间、阻塞队列及拒绝策略等参数。代码示例如下：

public class CustomThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        int corePoolSize = 10; // 核心池大小
        int maxPoolSize = 20; // 最大池大小
        long keepAliveTime = 5000; // 线程存活时间
        TimeUnit unit = TimeUnit.MILLISECONDS; // 时间单位
        BlockingQueue workQueue = new LinkedBlockingQueue<>(); // 阻塞队列
        ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maxPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            threadPool.execute(new Task());
        }

        threadPool.shutdown();
    }

    public static class Task implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            // do something
        }
    }
}

  

2. 单一线程池

可以通过Executors工厂类中的newSingleThreadExecutor方法创建单一线程池，单一线程池中只有一个线程在执行任务。代码示例如下：

public class SingleThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            threadPool.execute(new Task());
        }

        threadPool.shutdown();
    }

    public static class Task implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            // do something
        }
    }
}

3. 固定大小线程池

可以通过Executors工厂类中的newFixedThreadPool方法创建固定大小线程池，固定大小线程池中有固定数量的线程在执行任务。代码示例如下：

public class FixedThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        int nThreads = 10; // 线程池中线程数量
        ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(nThreads);

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            threadPool.execute(new Task());
        }

        threadPool.shutdown();
    }

    public static class Task implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            // do something
        }
    }
}

4. 缓存线程池

可以通过Executors工厂类中的newCachedThreadPool方法创建缓存线程池，缓存线程池中的线程数量会根据任务的数量自动调整。代码示例如下：

public class CachedThreadPool {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            threadPool.execute(new Task());
        }

        threadPool.shutdown();
    }

    public static class Task implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            // do something
        }
    }
}

二、线程池的使用

1. 提交任务

可以通过execute()或submit()方法提交任务，execute()会返回void，而submit()会返回一个Future对象：

ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
threadPool.execute(new Task());
Future<Object> future = threadPool.submit(new Task());

2. 关闭线程池

当不再需要线程池时，可以通过shutdown()或shutdownNow()方法关闭线程池。shutdown()方法会等待线程池中所有任务执行完毕后再关闭线程池，而shutdownNow()方法则会立即关闭线程池：

ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
threadPool.execute(new Task());
threadPool.shutdown(); // 等待任务执行完毕后关闭线程池
// threadPool.shutdownNow(); // 立即关闭线程池

3. 拒绝策略

当线程池无法处理更多任务时，可以通过设置拒绝策略来决定如何处理这些任务。Java线程池提供了四种拒绝策略：

• AbortPolicy：直接抛出异常（默认）。
• CallerRunsPolicy：用调用者所在的线程来执行任务。
• DiscardOldestPolicy：丢弃队列里最旧的任务，并执行当前任务。
• DiscardPolicy：直接丢弃任务。

示例代码如下：

int corePoolSize = 10; // 核心池大小
int maxPoolSize = 20; // 最大池大小
long keepAliveTime = 5000; // 线程存活时间
TimeUnit unit = TimeUnit.MILLISECONDS; // 时间单位
BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<>(); // 阻塞队列
ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize, maxPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue, new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());

4. 线程池监控

线程池监控可以帮助我们了解线程池的运行情况，包括线程池状态、线程活动数、任务队列大小等。Java线程池提供了以下几个方法来获取线程池的状态：

• getActiveCount()：获取线程池中活动线程的数量。
• getCompletedTaskCount()：获取线程池中已完成的任务数量。
• getQueue()：获取线程池中阻塞队列。
• getTaskCount()：获取线程池中已提交的任务数量。
• isShutdown()：线程池是否已关闭。
• isTerminated()：线程池是否已终止。

示例代码如下：

ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(...);
while (!threadPool.isTerminated()) {
    System.out.println("Active threads: " + threadPool.getActiveCount());
    System.out.println("Completed tasks: " + threadPool.getCompletedTaskCount());
    System.out.println("Queue size: " + threadPool.getQueue().size());
    System.out.println("Task count: " + threadPool.getTaskCount());
}

三、使用场景

线程池广泛应用于多线程编程的各种场景，如Web服务器、数据库连接池、定时任务调度等。以下几种情况建议使用线程池：

• 需要同时处理多个任务。
• 需要处理的任务较小，多线程处理会提高效率。
• 需要避免线程创建、销毁的频繁开销。
• 需要避免线程数量过多导致系统资源耗尽。
• 需要更好地控制系统并发性。

四、总结

本文详细介绍了Java线程池的创建与使用，包括自定义线程池、单一线程池、固定大小线程池、缓存线程池等创建方法，以及提交任务、关闭线程池、拒绝策略、线程池监控和使用场景等方面。线程池是Java并发编程中的重要资源管理方式，能够提高系统的并发性，避免线程创建、销毁的频繁开销，从而使系统更加稳定和可靠。