Java線程池的原理、使用及性能優化方法是什么

本篇內容介紹了“Java線程池的原理、使用及性能優化方法是什么”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

1、什么是線程及線程池

線程是操作系統進行時序調度的基本單元。

線程池可以理解為一個存在線程的池子，就是一個容器，這個容器只能存在線程。這個容器有大小，可以放7，8個，也可以放3，4個。也可以把容器裝滿，但是都有一個最大值，比如說12個。比如說我這邊線程池一般都裝5個線程，最多能裝12個。這個時候有五個人需要使用線程池，他就拿走了5個線程，然后在來兩個人怎么辦，他肯定沒有線程可以使用，他必須等著那5個人使用完才行。但是我的池子能裝12個，我只有5個線程怎么行，我肯定還得在在裝幾個線程，要不然人再多一點就不夠了，這時候來了2個，我在生產2個線程，總數到7個，這個時候剩下2個人就不需要等待了，就可以直接使用。如果在來6個人呢，這個時候，我的池子里面可能只剩下5個線程的容量了，我能在生產5個線程但是，還有一個人得在哪等著才行。我也不能讓人家漫無目的的等著啊，我找5個凳子吧，你們坐那等著，然后第一波五個人用完線程結束了，一下子騰出來了5個線程，剩下的一個人可以使用線程，這個時候依次又來了10個人，我的線程只有4個人可以使用，位置能坐五個人，剩下一個人怎么辦，要不直接拒絕，我這邊沒有位，你要不先去別的地方看看，但是直接拒絕肯定很讓人心里不舒服，我得在想幾種拒絕策略。。。，我看我的線程池用的人還比較多，這么多人用，要是有人一直占著我的線程池怎么辦，肯定得想個辦法處理？要不就直接一個線程只能使用1分鐘，使用完之后立刻回收，如果想在使用，重新排隊等待。這樣我的線程生意越做越好，只要有人用，他就一直跑。

是不是有點像飯店或者是自助餐店，自助餐店是比較形象的，我的飯店里面只要有位置就可以坐人，達到最大的量，剩下的客戶只能在門口等待了，飯店里面的客戶走一個，來一個在外邊等待的，如果等待的位置沒有了，客戶看看沒位置了就直接走了，如果有的人特別想吃，就在哪多等一會。在飯店里面的客戶吃的時間也不能太長（一般在沒有位置的情況下），大概2個小時，吃完就要離開。

根據以上我的描述，大概可以確定線程池里面有什么？

裝了多少個線程、能裝多少線程、線程可以保留多長時間、線程等待區、如何拒絕、創建線程

1.1、為什么要使用線程 

程序的運行必須依靠進程，進程的實際執行單元就是線程。

• 系統內服務的調用。系統是依托于進程運行的，系統內有很多服務，服務之間有交互，服務的運行依托于線程運行。多服務運行依托于多線程運行。服務之間的調用及數據交換是依托于進程間的內存進行數據交互的，同時線程也可以構建自己的內存空間。依托于進程間的資源調度和數據交互。

• 多線程可以提高程序的執行性能。例如，有個 90 平方的房子，一個人打掃需要花費 30 分鐘，三個人打掃就只需要 10 分鐘，這三個人就是程序中的“多線程”。

在很多程序中，需要多個線程互相同步或互斥的并行完成工作。

線程相比進程來說，更加的輕量，所以線程的創建和銷毀的代價變得更小。

線程提高了性能，雖然線程宏觀上是并行的，但微觀上卻是串行。從CPU角度線程并無法提升性能，但如果某些線程涉及到等待資源（比如IO，等待輸入）時，多線程允許進程中的其它線程繼續執行而不是整個進程被阻塞，因此提高了CPU的利用率，從這個角度會提升性能。

在多CPU或多核的情況下，使用線程不僅僅在宏觀上并行，在微觀上也是并行的。

1.2、為什么要使用線程池

多線程可以提高程序的執行性能

• 比如說吃自助餐，當餐位足夠多的時候，人也足夠多的時候，自助餐盈利也是最多了，同時也可以提供就餐率與客戶滿意度。如果有200個人吃飯，有一百個餐位的話，每個人平均吃1個小時，那200個人吃兩個小時就吃完了。如果只有10個餐位的話，200個人需要吃20個小時左右，想一下如果剩下的在哪里焦急等待吃飯的客戶心里多么的不開心。

• 自助餐餐的餐位就是線程，當線程足夠多的時候就可以滿足更多的人吃飯，但是也不是說線程越多越好，畢竟不是一定每次都會有200個客戶過來吃飯，就算有200個客戶過來吃飯，也需要評估一下，飯店里面的廚師夠不夠，打掃衛生的阿姨能不能收拾過來，飯店里面的盤子夠不夠等基本的硬件因素。這個就相當于系統的配置一下，需要一些本質上的內存、CPU處理等一些硬件條件。

創建/銷毀線程伴隨著系統開銷，過于頻繁的創建/銷毀線程，會很大程度上影響處理效率（只要線程一直執行就不會銷毀）

• 記創建線程消耗時間T1，執行任務消耗時間T2，銷毀線程消耗時間T3，如果T1+T3>T2，那么是不是說開啟一個線程來執行這個任務太不劃算了！正好，線程池緩存線程，可用已有的閑置線程來執行新任務，避免了T1+T3帶來的系統開銷，當然一直存活的核心線程也會消耗CPU資源

線程并發數量過多，搶占系統資源從而導致阻塞

• 我們知道線程能共享系統資源，如果同時執行的線程過多，就有可能導致系統資源不足而產生阻塞的情況，運用線程池能有效的控制線程最大并發數，避免以上的問題

對線程進行一些簡單的管理

• 比如：延時執行、定時循環執行的策略等運用線程池都能進行很好的實現

1.3、線程池的優點

提高線程利用率

• 保證存在業務是的時候使用，不存在業務的時候就釋放掉，合理使用線程，避免資源浪費

提高程序的響應速度

• 由線程池統一管理的話，資源分配使用統一的調度池進行調度，出現使用線程的情況能避免線程的創建及銷毀的耗時，可以直接使用線程。

便于統一管理線程對象

• 線程池可以保證線程的統一調配與管理。

可以控制最大并發數

• 服務器是有線程使用上限的，線程使用對資源也有很大的消耗，所以線程池能很好的控制線程資源，避免浪費。

2、線程池在java中的使用

ThreadPoolExecutor這個類是java中的線程池類，可以使用它進行線程的池化。

// 根據上面的描述大概分析一下線程都需要什么及參數的解析
// corePoolSize 核心線程數，就是上面說的裝了多少個線程
// maximumPoolSize 最大線程數，就是上面說的能裝多少線程
// keepAliveTime 存活時間，就是上面說的線程可以保留多長時間
// TimeUnit 這個是時間單位，有時、分、秒、天等等，是存活時間的單位
// BlockingQueue<Runnable> 這是一個等待隊列，就是上面顯示的線程等待區
// ThreadFactory 線程工廠，就是上面描述的如何創建線程，由誰創建
// RejectedExecutionHandler 拒絕策略，就是上面顯示的如何拒絕，是直接拒絕還是婉拒
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue)
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory)
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,RejectedExecutionHandler handler)
public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,
                          BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler)

可以看到，其需要如下幾個參數：

• corePoolSize（必需）：核心線程數。默認情況下，核心線程會一直存活，但是當將 allowCoreThreadTimeout 設置為 true 時，核心線程也會超時回收。

• maximumPoolSize（必需）：線程池所能容納的最大線程數。當活躍線程數達到該數值后，后續的新任務將會阻塞。

• keepAliveTime（必需）：線程閑置超時時長。如果超過該時長，非核心線程就會被回收。如果將 allowCoreThreadTimeout 設置為 true 時，核心線程也會超時回收。

• unit（必需）：指定 keepAliveTime 參數的時間單位。常用的有：TimeUnit.MILLISECONDS（毫秒）、TimeUnit.SECONDS（秒）、TimeUnit.MINUTES（分）。

• workQueue（必需）：任務隊列。通過線程池的 execute() 方法提交的 Runnable 對象將存儲在該參數中。其采用阻塞隊列實現。

• threadFactory（可選）：線程工廠。用于指定為線程池創建新線程的方式。

• handler（可選）：拒絕策略。當達到最大線程數時需要執行的飽和策略。

2.1、線程池的工作原理

2.2、線程池的java代碼示例

import java.util.concurrent.*;
public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(3, 5, 1L, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(3), Executors.defaultThreadFactory());
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            int finalI = i;
            threadPoolExecutor.submit( ()->{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "========" + finalI);
            });
        }
        threadPoolExecutor.shutdown();
    }
}

執行結果：

pool-1-thread-1========0
pool-1-thread-3========2
pool-1-thread-3========4
pool-1-thread-2========1
pool-1-thread-3========5
pool-1-thread-2========8
pool-1-thread-5========7
pool-1-thread-1========3
pool-1-thread-4========6
Exception in thread "main" java.util.concurrent.RejectedExecutionException: Task java.util.concurrent.FutureTask@61e717c2 rejected from java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor@66cd51c3[Running, pool size = 5, active threads = 2, queued tasks = 0, completed tasks = 7]
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$AbortPolicy.rejectedExecution(ThreadPoolExecutor.java:2063)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.reject(ThreadPoolExecutor.java:830)
at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.execute(ThreadPoolExecutor.java:1379)
at java.util.concurrent.AbstractExecutorService.submit(AbstractExecutorService.java:112)
at com.halo.communication.ThreadTest.main(ThreadTest.java:10)

執行的線程數超過了線程池可容納的大小，線程池使用默認拒絕策略拒絕多余線程執行，然后開始出現異常處理。上面執行的線程數到thread-5，5是線程池的默認最大線程數。然后執行for循環20次，進行執行到8的時候出現異常，說明線程池已經超載滿負荷執行，所以線程池執行拒絕策略。

“Java線程池的原理、使用及性能優化方法是什么”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！