線程池的使用場景和工作原理

  近期工作中遇到線程池參數配置不當引發的相關問題。基於此，本文主要結合線程池的原理、使用場景、參數配置、使用注意事項等詳細闡述。文章較長，預計閱讀時長 8~10 分鐘，建議收藏。

前置知識

簡單瞭解幾個關鍵詞，我們說說什麼是線程池？

1. 什麼是線程池？

線程池是一種線程管理和複用的機制。

其核心思想是：預先創建一定數量的線程，並把它們保存在線程池中，用的時候拿出來，用完了丟進去。而不是每次有任務過來重新創建新的線程。如下圖，其核心組成：

架構圖

2. 線程池有什麼好處？

線程池的優勢總結爲以下幾點：

  1. 減少資源消耗：
  1. 提高系統性能：
  1. 提高響應速度：
  1. 增強併發性能：

線程池有哪些使用場景？

線程池是一種多線程管理工具，它提供了線程的複用和調度功能，可以顯著提高程序的併發性能和資源利用率。以下是線程池的一些常見使用場景：

  1. 文件上傳下載
  1. 異步任務處理
  1. 定時任務
  1. 批處理
  1. 快速響應用戶請求

線程池是如何工作的？

曾經有面試官這樣問：核心線程數 10，最大線程數 20，阻塞隊列最大 100，假如我有 100 個線程同時進來，線程處理任務時間平均按 1s 計算，那理想情況下多長時間可以處理完？

基於上邊的問題，線程池的工作原理可以概括爲以下幾個步驟：

  1. 任務提交：
  1. 狀態檢查：
  1. 任務封裝：
  1. 核心線程處理：
  1. 任務隊列處理：
  1. 非核心線程處理：
  1. 拒絕策略處理：
  1. 任務執行與結果獲取：

  總之，歸納起來的執行流程：

線程池參數如何設置？

《阿里巴巴 Java 開發手冊》中規約中強調：

因此實際工作中，我們通常自定義線程池。其核心參數：

  public ThreadPoolExecutor(
      int corePoolSize,            // 核心線程數，線程池中始終保持的線程數，即使它們處於空閒狀態
      int maximumPoolSize,          // 最大線程數，線程池中允許的最大線程數
      long keepAliveTime,           // 非核心線程空閒存活時間，當線程池中正在運行的線程數量超過了核心線程數時，多餘的線程在空閒時間達到這個值後會被終止
      TimeUnit unit,                // 存活時間單位，與keepAliveTime一起使用，表示keepAliveTime的時間單位
      BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 工作隊列，用於存放待執行任務的阻塞隊列
      ThreadFactory threadFactory,  // 線程工廠，用於創建新線程
      RejectedExecutionHandler handler // 拒絕策略，當任務太多，無法被線程池及時處理時，採取的策略
  )

參數最佳實踐：

實際上，大都數公司的線程池配置依照自身業務場景和機器性能配置的。這裏介紹的只是個參考，能說清楚利弊就好

  1. corePoolSize,  // 核心線程數

如何理解 CPU 密集 和 I/O 密集?

CPU 密集型任務通常在 CPU 上執行進行大量計算（如 RSA 加密） I/O 密集多指 I/O 操作（主要磁盤讀寫，如 數據庫操作等）

附加：如何獲取 CPU 核數？

代碼：

Runtime.getRuntime().availableProcessors();

命令：

$ lscpu
  1. maximumPoolSize          // 最大線程數

具體依據服務器的 I/O 性能，經驗法則：

對於 I/O 密集型應用，通常將 maximumPoolSize 設置爲可用處理器核心數的 5 到 10 倍。

文件處理服務：如果服務需要處理大量的文件上傳和下載，maximumPoolSize 可以設置爲 20 或更多。

  1. keepAliveTime          // 非核心線程空閒存活時間

看業務實時性高不高，一般系統，設置 60s 亦可

  1. unit          // 存活時間單位

看業務實時性高不高，一般系統，設置 s 亦可

  1. workQueue          // 工作隊列

按目前經驗，工作中常用：

LinkedBlockingQueue 是一個無界隊列，適用於任務數量可能突然激增的場景；

ArrayBlockingQueue 是一個有界隊列，適用於需要限制最大任務數量的場景，以避免資源耗盡

  1. threadFactory          // 線程工廠 一般使用默認的也可

  2. handler // 拒絕策略

主要有 4 種拒絕策略：

AbortPolicy：直接丟棄任務，拋出異常，這是默認策略

CallerRunsPolicy：只用調用者所在的線程來處理任務

DiscardOldestPolicy：丟棄等待隊列中最舊的任務，並執行當前任務

DiscardPolicy：直接丟棄任務，也不拋出異常

介於此，給出公司中用到的其中一個案例配置，僅供參考。

@Bean("XXXAsyncPool")
   public Executor myTaskAsyncPool() {
       ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
       //配置核心線程數
       executor.setCorePoolSize(10);
       //配置核心線程數
       executor.setMaxPoolSize(20);
       //配置隊列容量
       executor.setQueueCapacity(1000);
       //設置線程活躍時間
       executor.setKeepAliveSeconds(60);
       //設置線程名
       executor.setThreadNamePrefix("XXXAsyncPool-");
       //設置拒絕策略
       executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
      
       executor.initialize();
       return executor;
   }

拒絕策略先前遇到坑，

篇幅，稍後單獨做個介紹。

參考資料

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/G7djDLyUdbkA0WMm2hnwOA

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