Java 的Executors的默认创建线程池的方法原理及使用场景、优缺点

原理

      Java中的线程池是通过Executor框架实现的,Executor框架位于java.util.concurrent包下。线程池的核心是ThreadPoolExecutor类,而Executors类提供的工厂方法都是对ThreadPoolExecutor的封装。

ThreadPoolExecutor有几个关键参数:

  • corePoolSize:核心线程数,即使它们是空闲的,线程池也会尽量维持这么多的线程。
  • maximumPoolSize:最大线程数,线程池中最多能创建多少线程。
  • keepAliveTime:当线程数大于核心线程数时,这是多余空闲线程在终止前等待新任务的最长时间。
  • TimeUnit:keepAliveTime的时间单位。
  • workQueue:用于在任务执行前保存任务的队列。这个队列仅保持由execute方法提交的Runnable任务。
使用场景及优缺点

1. newFixedThreadPool

  • 特点:固定数量的线程池,当所有线程都在工作时,新任务会在队列中等待。
  • 使用场景:适用于负载比较重的服务器,以及需要限制并发线程数量的应用场景。
  • 优点:能够快速响应外部请求。
  • 缺点:如果任务数量大于线程数,可能会导致内存溢出。
  • 创建方式
    public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>());}

2. newCachedThreadPool

  • 特点:线程数量不固定的线程池,根据需要创建新线程,空闲线程会被回收。
  • 使用场景:适用于执行许多短期异步任务的程序,。
  • 优点:线程数理论上无限制,能够灵活回收空闲线程,减少资源消耗。
  • 缺点:线程数过多可能会创建过多线程,消耗过多内存。
  • 创建方式
     public static ExecutorService newCachedThreadPool() {return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>());}

3. newSingleThreadExecutor

  • 特点:单线程的Executor,确保所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。
  • 使用场景:适用于需要保证顺序执行各个任务;并且在任意时间点,不会有多个线程是活动的应用场景。
  • 优点:保证任务按顺序执行,并且在任意时间点只有一个任务在执行。
  • 缺点:一个任务的延迟或异常会影响到后续所有的任务。
  • 创建方式
     public static ExecutorService newSingleThreadExecutor() {return new FinalizableDelegatedExecutorService(new ThreadPoolExecutor(1, 1,0L, TimeUnit.MILLISECONDS,new LinkedBlockingQueue<Runnable>()));}

4. newScheduledThreadPool

  • 特点:线程数量固定,支持定时及周期性任务执行。
  • 使用场景:适用于需要多个后台线程执行周期任务,同时为了资源的合理利用需要限制后台线程的数量。
  • 优点:可以定时或周期性地执行任务。
  • 缺点:如果调度过于紧密或任务执行时间过长,可能会导致内部队列快速膨胀,出现资源耗尽的情况。
  • 创建方式
      public static ScheduledExecutorService newScheduledThreadPool(int corePoolSize) {return new ScheduledThreadPoolExecutor(corePoolSize);}

5. newWorkStealingPool (Java 8新增)

  • 概念newWorkStealingPool是基于Java 8引入的Fork/Join框架。
  • 工作窃取:它创建一个工作窃取线程池,允许线程在执行完自己的任务后,主动从其他线程的任务队列中窃取任务来执行,以此来提高CPU的利用率和吞吐量。
  • 并行级别:默认情况下,线程数量等于可用的处理器数量(Runtime.getRuntime().availableProcessors()的返回值)
  • 特点:能够充分利用CPU资源,通过减少线程间的竞争,提高系统的吞吐量。
  • 使用场景:适用于大量短期任务的并行处理。
  • 优点:充分利用多核处理器的优势,提高CPU的利用率。
  • 缺点:在单核处理器或任务持续时间较长时,优势不明显。
  • 创建方式:
    public static ExecutorService newWorkStealingPool(int parallelism) {return new ForkJoinPool(parallelism,ForkJoinPool.defaultForkJoinWorkerThreadFactory,null, true);}

6. newSingleThreadScheduledExecutor

  • 使用场景:适用于需要单个后台线程执行周期任务,同时需要保证任务顺序执行的场景。
  • 优点:结合了单线程执行和定时执行的特点。
  • 缺点:与newSingleThreadExecutor相似,任务延迟或异常会影响后续任务。
  • 创建方式
    public static ScheduledExecutorService newSingleThreadScheduledExecutor() {return new DelegatedScheduledExecutorService(new ScheduledThreadPoolExecutor(1));}

    在使用线程池时,应该根据具体的应用场景和资源限制选择合适的线程池类型。同时,为了避免资源耗尽和系统崩溃,需要对线程池进行合理配置和监控。

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