如何正确使用线程池

2023-10-31

具体请参考原创：

《Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践》

《Java 线程池及参数动态调节详解》

一、为何要使用线程池

降低资源消耗

线程的创建和销毁会造成一定的时间和空间上的消耗，线程池可以让我们重复利用已创建的线程。

提高响应速度

线程池已为我们创建好了线程，当任务到达时可以不需要等到线程创建就能立即执行。

提高线程的可管理性

线程是稀缺资源，不可能无限的创建，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。

提供更多更强大的功能

线程池具备可拓展性，允许开发人员向其中增加更多的功能。比如延时定时线程池ScheduledThreadPoolExecutor，就允许任务延期执行或定期执行。

二、线程池核心参数及执行原理

1、核心参数

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

参数	说明
corePoolSize	核心线程数量，线程池维护线程的最少数量
maximumPoolSize	线程池维护线程的最大数量
keepAliveTime	非核心线程的最长空闲时间，超过该时间的空闲线程会被销毁
unit	keepAliveTime的单位，有NANOSECONDS（纳秒）、MICROSECONDS（微秒）、MILLISECONDS（毫秒）、SECONDS（秒）
workQueue	任务缓冲队列（阻塞队列）
threadFactory	线程工厂，用于创建线程，一般用默认的即可
handle	线程池对拒绝任务的处理策略

阻塞队列：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。

ArrayBlockingQueue：有界、数组结构、FIFO
LinkedBlockingQueue：有界、单链表结构、FIFO、默认长度Integer.MAX_VALUE
SynchronousQueue：不存储元素、每个put操作必须等待take操作，否则阻塞状态
PriorityBlockingQuene：无界、数组的平衡二叉堆、支持线程优先级排序、默认自然序、同优先级不能保证顺序
DelayQueue：无界、基于PriorityBlockingQuene、以时间作为比较基准的优先级队列，这个时间即延迟时间

ThreadPoolExecutor提供了四种拒绝策略：

AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常（默认）
CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务（常用）
DiscardPolicy：丢弃任务，但是不抛出异常。
DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新提交被拒绝的任务。

ThreadPoolExecutor的运行状态：

运行状态	状态描述
RUNNING	能接受新提交的任务、并且也能处理阻塞队列中的任务
SHUTDOWN	关闭状态，不再接受新提交的任务，但可以继续处理阻塞队列中已保存的任务
STOP	不能接受新提及的任务，也不处理队列中的任务，会中断正在处理任务的线程
TIDYING	所有的任务都已经终止了，workerCount(有效线程数)为0
TERMINATED	在terminated()方法执行完后进入该状态

2、执行原理

三、线程池的创建和使用

1、线程池的创建方式

（1）通过Executors线程工厂类创建（不推荐）

1. Executors.newCachedThreadPool();

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

该线程池存在的问题：允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

2. Executors.newFixedThreadPool(int nThreads);

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

该线程池存在的问题：允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。

3. Executors.newSingleThreadExecutor();

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

该线程池存在的问题：允许的请求队列长度为 Integer.MAX_VALUE，可能会堆积大量的请求，从而导致 OOM。

4. Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize);

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


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

该线程池存在的问题：允许的创建线程数量为 Integer.MAX_VALUE，可能会创建大量的线程，从而导致 OOM。

（2）通过new ThreadPoolExecutor自定义创建（推荐）

ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(5, 
                                                 20, 
                                                 60, 
                                                 TimeUnit.SECONDS, 
                                                 new LinkedBlockingQueue<>(200));

2、线程池使用规范（阿里巴巴）

创建线程或线程池时请指定有意义的线程名称，方便出错时回溯。
线程资源必须通过线程池提供，不允许在应用中自行显式创建线程。自行创建线程，有可能造成系统创建大量同类线程而导致消耗完内存或者 “过度切换”的问题。
线程池不允许使用 Executors工厂类去创建，而是通过new ThreadPoolExecutor 的方式，这样的处理方式让写的同学更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。

3、SpringBoot项目中使用线程池

（1）配置线程池并开启异步任务

@Configuration 
@EnableAsync // 开启异步任务支持 
public class ExecutorConfig { 
    
    // 声明线程池 
    @Bean("taskExecutor") 
    public Executor taskExecutor() { 
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor(); 
        executor.setCorePoolSize(5); 
        executor.setMaxPoolSize(20); 
        executor.setQueueCapacity(2000); 
        executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-"); 
        executor.setRejectedExecutionHandler(new 
                           ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); 
        //执行初始化 
        executor.initialize(); 
        return executor; 
    }
    
}

（2）在@Async中使用自定义线程池

@Service 
public class TaskService { 
    
    // @Async声明方法为异步方法并自定使用自定义线程池 
    @Async("taskExecutor") 
    public void task1() { 
        // 具体业务 
    } 
    
}

（3）@Async失效(本质是代理没有生效)

异步方法使用了static修饰
异步方法所在类没有使用@Component或@Service注解进行注释，导致spring无法扫描到异步类
异步方法类应使用@Autowired或@Resource等注解自动注入到使用类中，不能自己手动new对象
没有在启动类或配置类中增加@EnableAsync注解启动异步任务支持
异步方法不能由本类内其他方法调用，必须是外部使用者调用，如果内部方法调用会出现代理绕过的问题，会变成同步操作
（需要继续补充）

四、合理配置线程池参数&线程池参数动态配置&线程池监控

具体参考：

《Java线程池实现原理及其在美团业务中的实践》

《Java 线程池及参数动态调节详解》

1、合理配置线程池参数（并没用通用的计算方式）

业界的一些线程池参数配置方案：

2、线程池参数动态配置&线程池监控（美团业务中的方案）

线程池参数动态化前后的参数修改流程对比：

线程池参数动态化整体架构：

线程池参数动态化功能架构：

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