深入解析线程池的工作原理与实际应用

在Java编程中，虽然创建线程非常简单，只需要调用new Thread()即可，但在处理大量任务时，频繁地创建和销毁线程不仅消耗系统资源，还难以有效管理。为此，引入了线程池的概念，类似于数据库连接池，线程池可以有效地管理和复用线程资源，提高程序性能。

形象地说，线程池就像一家公司，其中的线程则是公司的员工。通过线程池，我们可以更加高效地管理和调度线程资源，确保任务的快速响应和处理。

Java线程池的创建与类型

Java的java.util.concurrent包提供了多种便捷的方法来创建线程池，主要包括：

• Fixed Thread Pool: 通过Executors.newFixedThreadPool(int nThreads)创建固定大小的线程池，适用于已知任务数量的场景，如批量处理数据库记录。


• Cached Thread Pool: 通过Executors.newCachedThreadPool()创建一个可根据需要调整大小的线程池，适用于任务数量不确定但需要快速响应的场景。


• Single Thread Executor: 通过Executors.newSingleThreadExecutor()创建单一线程的线程池，适用于需要按顺序执行任务的场景。


• Scheduled Thread Pool: 通过Executors.newScheduledThreadPool(int corePoolSize)创建支持定时和周期性任务执行的线程池。

线程池的关键参数

线程池的主要参数包括corePoolSize（核心线程数）、maximumPoolSize（最大线程数）、keepAliveTime（线程空闲时间）、unit（时间单位）、workQueue（任务队列）、threadFactory（线程工厂）和handler（拒绝策略）。这些参数共同决定了线程池的行为模式和性能特性。

例如，corePoolSize定义了线程池的基本大小，即使在空闲状态下，线程池也会维持这么多线程。当任务数量超过corePoolSize时，多余的任务会被放入workQueue等待处理。如果队列已满且当前线程数小于maximumPoolSize，则会创建新的线程来处理任务。一旦线程数达到maximumPoolSize，并且队列也已满，后续任务将根据handler定义的策略被处理。

线程池的应用示例

下面是一个使用CompletableFuture结合线程池进行异步任务处理的例子：

package cn.chinotan;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.Test;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;

@Slf4j
public class ExecutorTest {
    @Test
    public void test() {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(15);
        CompletableFuture[] completableFutures = new CompletableFuture[15];
        List results = new CopyOnWriteArrayList<>();
        for (int i = 0; i <15; i++) {
            int finalI = i;
            CompletableFuture future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> costMethod(finalI), executorService)
                    .whenComplete((result, exception) -> {
                        if (exception != null) {
                            exception.printStackTrace();
                        } else {
                            results.add(result);
                        }
                    });
            completableFutures[i] = future;
        }
        CompletableFuture.allOf(completableFutures).join();
        long count = results.stream().count();
        log.info("处理成功的任务数：{}", count);
    }

    private int costMethod(int i) {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            log.info("执行耗时操作：{}", i);
            return 1;
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
            return 0;
        }
    }
}

在这个例子中，我们创建了一个包含15个线程的固定大小线程池，并使用CompletableFuture异步执行了15个耗时任务。每个任务完成后，结果会被收集起来，最后统计并打印出成功处理的任务数。

通过这种方式，我们可以充分利用多线程的优势，显著提升程序的执行效率和响应速度。