一、创建线程池四种方式

  1. 使用 Executors 类，Executors 类是 Java 中用于创建线程池的工厂类，它提供了多种静态方法来创建不同类型的线程池
  2. 使用 ThreadPoolExecutor 类，ThreadPoolExecutor 是 Java 中线程池的一个核心类，它提供了更细粒度的控制来创建和管理线程池
  3. 使用 Future 和 Callable，Future 和 Callable 是并发编程中非常重要的两个接口，它们通常与 ExecutorService 一起使用来执行异步任务。
  4. 使用 Spring 的 ThreadPooltaskExecutor，ThreadPoolTaskExecutor 是一个基于 java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor 的扩展，提供了更丰富的配置选项和与Spring集成的特性

二、线程池重要参数

  1. corePoolSize (int): 线程池的基本大小，即在没有任务执行时线程池的大小。当新任务提交时，线程池会优先使用已有的空闲线程。
  2. maximumPoolSize (int): 线程池能够容纳同时执行的最大线程数。这个参数用于控制线程池的最大规模，防止因任务过多而导致资源耗尽。
  3. keepAliveTime (long): 当线程池中的线程数量超过 corePoolSize 时，多余的空闲线程能等待新任务的最长时间。超过这个时间后，多余的线程将被终止。
  4. unit (TimeUnit): keepAliveTime 参数的时间单位，常见的时间单位有 TimeUnit.SECONDS、TimeUnit.MINUTES 等。
  5. workQueue (BlockingQueue): 一个阻塞队列，用于存储等待执行的任务。常用的阻塞队列有 LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue 和 SynchronousQueue 等。
  6. threadFactory (ThreadFactory): 用于创建新线程的工厂。可以通过实现 ThreadFactory 接口来自定义线程的创建过程。
  7. handler (RejectedExecutionHandler): 当任务太多而线程池无法处理时，用于定义拒绝任务的策略。常见的拒绝策略有 ThreadPoolExecutor.AbortPolicy、ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy 和 ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy 等。
package com.demo.threadPool;

import java.util.concurrent.*;

public class MainDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        int corePoolSize = 5; // 核心线程数
        int maximumPoolSize = 10; // 最大线程数
        long keepAliveTime = 1; // 非核心线程空闲存活时间
        /**
         * 存活时间单位
         * TimeUnit.DAYS：天
         * TimeUnit.HOURS：小时
         * TimeUnit.MINUTES：分
         * TimeUnit.SECONDS：秒
         * TimeUnit.MILLISECONDS：毫秒
         * TimeUnit.MICROSECONDS：微妙
         * TimeUnit.NANOSECONDS：纳秒
         */
        TimeUnit unit = TimeUnit.MINUTES;
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>(); // 工作队列
        ThreadFactory threadFactory = Executors.defaultThreadFactory(); // 线程工厂
        RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy(); // 拒绝策略
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(corePoolSize,maximumPoolSize,keepAliveTime,unit,workQueue,threadFactory,handler);
    }
}

三、线程池5种状态

  1. RUNNING：正常运行状态，可接收新任务，可处理阻塞队列中的任务
  2. SHUTDOWN：不会接收新任务，但会处理阻塞队列剩余任务
  3. STOP：会中断正在执行的任务，并抛弃阻塞队列任务
  4. TIDYING：任务全执行完毕，活动线程为 0，即将进入终结
  5. TERMINATED：终结状态

四、Executors 类创建线程池

  1. new newCachedThreadPool()：创建一个可缓存线程池，如果线程池长度超过处理需要，可灵活回收空闲线程，若无可回收，则新建线程。线程池的规模不存在限制。（数量不固定的线程池）
  2. new newFixedThreadPool()：创建一个固定长度线程池，可控制线程最大并发数，超出的线程会在队列中等待。（固定数量的线程池）
  3. new newScheduledThreadPool()：创建一个固定长度线程池，支持定时及周期性任务执行。（定时线程池）
  4. new newSingleThreadExecutor()：创建一个单线程化的线程池，它只会用唯一的工作线程来执行任务，保证所有任务按照指定顺序(FIFO, LIFO, 优先级)执行。（单线程的线程池）
  • 固定线程池创建 ( Executors.newFixedThreadPool(5) )：创建一个固定大小的线程池。线程池中的线程数量是固定的，即使有些线程处于空闲状态，它们也不会被回收。
package com.demo.threadPool;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.*;

public class MainThreadPool {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        //初始化固定大小线程池
        ExecutorService executor1 = Executors.newFixedThreadPool(5);

        //使用 execute(Runnable command) 方法提交一个不需要返回结果的任务，
        // 或者使用submit(Callable<T> task) 方法提交一个需要返回结果的任务。
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            executor1.execute(new TaskR(i));
        }

        //使用 submit(Callable<T> task) 任务并获取 Future
        //使用 Future.get() 方法等待任务完成并获取结果。这个方法会阻塞调用线程直到任务完成。
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Future<String> future =  executor1.submit(new TaskC(i));
            System.out.println("线程返回结果  "+future.get());
        }
        // 当所有任务都执行完毕，或者需要关闭线程池时，调用 shutdown() 方法。
        // 这将等待正在执行的任务完成，但不接收新任务。
        executor1.shutdown();

        //使用 shutdownNow() 方法尝试立即停止所有正在执行的任务，并返回等待执行的任务列表
        List<Runnable> notExecutedTasks = executor1.shutdownNow();
        for(Runnable ls : notExecutedTasks){
            System.out.println(ls);
        }

        //使用 awaitTermination() 方法等待线程池关闭，直到所有任务完成或超时。
        boolean res = executor1.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println("执行结果："+res);
    }
}

/**
 * 实现 Runnable 接口
 */
class TaskR implements Runnable {
    private int id;
    public TaskR(int id) {
        this.id = id;
    }
    public void run() {
        System.out.println("TaskR " + id + " is running...");
    }
}

/**
 * 实现 Callable 接口
 * 有返回值
 */
class TaskC implements Callable {
    private int id;
    public TaskC(int id) {
        this.id = id;
    }
    @Override
    public Object call(){
        System.out.println("TaskC " + id + " is running...");
        return id+"--TaskC";
    }
}
  • 单线程池 (newSingleThreadExecutor):创建一个只有一个线程的线程池。即使有多个任务提交，它们也会被排队，逐个由单个线程执行
package com.demo.threadPool;

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

/**
 * 单线程池 (newSingleThreadExecutor):
 * 创建一个只有一个线程的线程池。即使有多个任务提交，它们也会被排队，逐个由单个线程执行。
 */
public class MainOne {

    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {

        /**
         * 单线程：创建的执行服务内部有一个线程。所有提交给它的任务将会序列化执行，也就是说，它会在单个线程上依次执行任务，不会有并发执行的情况发生
         * 任务队列：如果有多个任务提交给这个执行器，除了当前正在执行的任务外，其他任务将会在一个无界队列中等待，直到线程可用
         * 处理任务失败：如果执行中的线程由于任务抛出异常而终止，执行服务会安排一个新的线程来替换它，以继续执行后续的任务
         * 使用场景： newSingleThreadExecutor 非常适合需要顺序执行的任务，并且要求任务之间不受并发问题影响的场景
         */
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            executor.execute(new TaskR(i));
        }

        //使用 submit(Callable<T> task) 任务并获取 Future
        //使用 Future.get() 方法等待任务完成并获取结果。这个方法会阻塞调用线程直到任务完成。
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            Future<String> future =  executor.submit(new TaskC(i));
            System.out.println("线程返回结果  "+future.get());
        }
        // 当所有任务都执行完毕，或者需要关闭线程池时，调用 shutdown() 方法。
        // 这将等待正在执行的任务完成，但不接收新任务。
        executor.shutdown();
    }
}
  • 缓存线程池 (newCachedThreadPool):创建一个可根据需要创建新线程的线程池。如果线程空闲超过60秒，它们将被终止并从池中移除
package com.demo.threadPool;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 缓存线程池 (newCachedThreadPool):
 * 创建一个可根据需要创建新线程的线程池。如果线程空闲超过60秒，它们将被终止并从池中移除
 */
public class MainCacheThreadPool {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "线程: Start at: " + new Date());
        //初始化缓存线程池
        ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool();
        for (int i = 1; i < 10; i++) {
            System.out.println("添加了第" + i + "个任务类");
            Thread.sleep(2000);
            exec.execute(new TaskR(i));
        }
        //所有任务结束后关闭线程池
        exec.shutdown();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 线程: Finished all threads at：" + new Date());

    }
}
  • 调度线程池 (newScheduledThreadPool):创建一个支持定时任务和周期性任务的线程池
package com.demo.threadPool;

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 固定频率执行
 * 调度线程池 (newScheduledThreadPool):
 * 创建一个支持定时任务和周期性任务的线程池
 */
public class MainScheduledThreadPool {
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 场景描述
         * 假设你需要一个应用程序，该程序能够每10秒执行一次任务，并在启动后1分钟开始执行。此外，
         * 你还需要能够安排一次性任务在未来的某个时间点执行
         */
        ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newScheduledThreadPool(10);

        // 安排定期任务
        // 初始延迟1分钟，之后每10秒执行一次
        threadPool.scheduleAtFixedRate(new TaskR(2), 60, 10, TimeUnit.SECONDS);

        // 安排一次性任务
        // 使用 schedule 方法安排一个任务，在指定的延迟后执行一次
        // 延迟5分钟后执行
        threadPool.schedule(new TaskR(3), 5, TimeUnit.MINUTES);

        // 关闭线程池
        // 当不再需要线程池时，调用 shutdown 方法来关闭线程池。这将等待正在执行的任务完成，但不接收新任务
        threadPool.shutdown();

        // 等待线程池关闭
        // 使用 awaitTermination 方法等待线程池关闭，直到所有任务完成或超时。
        try {
            threadPool.awaitTermination(1, TimeUnit.HOURS);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}
  • 使用给定的线程工厂创建线程池:可以提供一个自定义的 ThreadFactory 来创建线程池中的线程
package com.demo.threadPool;


import java.util.concurrent.*;

/**
 * 使用给定的线程工厂创建线程池
 */
public class MainFactory {
    public static void main(String[] args) {
        //自定义线程工厂创建
        ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactory() {
            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                return new Thread(r);
            }
        };
        //使用给定的线程工厂创建线程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5, threadFactory);
        executor.execute(new TaskR(2));
    }
}
  • 自定义线程工厂创建：自定义线程工厂可以设置自己的线程名，设置守护线程，设置线程优先级，处理未捕获的异常等
package com.demo.threadPool;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/**
 *  自定义线程工厂：设置线程名，守护线程，优先级以及UncaughtExceptionHandler
 */
public class MainFactory implements ThreadFactory {

    private final ThreadGroup group;
    private final AtomicInteger threadNumber = new AtomicInteger(1);
    private final String namePrefix;
    public MainFactory(String namePrefix) {
        SecurityManager s = System.getSecurityManager();
        group = (s != null) ? s.getThreadGroup() : Thread.currentThread().getThreadGroup();
        this.namePrefix = namePrefix + "-thread-";
    }

    public MainFactory(ThreadGroup group, String namePrefix) {
        this.group = group;
        this.namePrefix = namePrefix;
    }

    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread t = new Thread(group, r,namePrefix + threadNumber.getAndIncrement(),0);
        //守护线程
        if (t.isDaemon())
            t.setDaemon(true);
        //线程优先级
        if (t.getPriority() != Thread.NORM_PRIORITY)
            t.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        /**
         * 处理未捕捉的异常
         */
        t.setUncaughtExceptionHandler(new Thread.UncaughtExceptionHandler() {
            @Override
            public void uncaughtException(Thread t, Throwable e) {
                System.out.println("处理未捕获的异常");
            }
        });
        return t;
    }

    //测试方法
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(5, new MainFactory("测试线程"));
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            pool.execute(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    System.out.println("线程处理");
                    //未捕获的异常，走自定义的UncaughtExceptionHandler逻辑
                    int i = 1 / 0;
                }
            });
        }
        pool.shutdown();
    }
}

五、ThreadPoolExecutor 类创建线程池

ThreadPoolExecutor 是 java.util.concurrent 包中用来创建线程池的一个类。它提供了一种灵活的方式来管理线程池，允许你控制线程的创建和销毁。

ThreadPoolExecutor 类中的几个重要方法

  1. execute()：向线程池提交一个任务，交由线程池去执行
  2. submit()：也是向线程池提交任务，但是和execute()方法不同，它能够返回任务执行的结果它实际上还是调用的 execute() 方法，只不过它利用了 Future 来获取任务执行结果
  3. invokeAll()：提交一个任务集合
  4. invokeAny()： 提交一个任务集合，哪个任务先成功执行完毕，返回此任务执行结果，其它任务取消
  5. shutdown()：关闭线程池，再也不会接受新的任务不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止
  6. shutdownNow()：关闭线程池，再也不会接受新的任务立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务
  7. isShutdown()：不在 RUNNING 状态的线程池，此方法就返回 true
  8. isTerminated()：线程池状态是否是 TERMINATED
package com.demo.threadPool;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.*;
/**
 * ThreadPoolExecutor 是 java.util.concurrent 包中用来创建线程池的一个类
 * 它提供了一种灵活的方式来管理线程池，允许你控制线程的创建和销毁。
 * 以下是几种常见的创建 ThreadPoolExecutor 线程池的方式
 * 实际上 Executors 类也是调用 ThreadPoolExecutor 类创建的线程
 */
public class MainThreadPoolExecutor {
    //测试方法
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 核心线程数，核心线程就是一直存在的线程
         */
        int corePoolSize = 5;
        /**
         * 最大线程数，表示线程池中最多能创建多少个线程
         * 非核心线程数 = 最大线程数 - 核心线程数
         */
        int maximumPoolSize = 10;
        /**
         * 默认情况下，只有当线程池中的线程数大于corePoolSize时，
         * keepAliveTime才会起作用,则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize
         * 则会终止，直到线程池中的线程数不超过corePoolSize
         * 但是如果调用了 allowCoreThreadTimeOut(boolean) 方法
         * 在线程池中的线程数不大于corePoolSize时，keepAliveTime参数也会起作用,直到线程池中的线程数为 0
         * 针对非核心线程而言，表示线程没有任务执行时最多保持多久时间会终止
         */
        long keepAliveTime = 60;
        /**
         * 时间单位
         * 与 keepAliveTime 配合使用，针对非核心线程
         */
        TimeUnit unit = TimeUnit.SECONDS;
        /**
         * 存放任务的阻塞队列
         */
        BlockingQueue<Runnable> workQueue = new LinkedBlockingQueue<>(5);
        /**
         * 创建线程的工厂，可以为线程创建时起个好名字
         */
        ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactory() {
            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                return new Thread(r);
            }
        };
        /**
         * 拒绝策略
         * 任务太多的时候会进行拒绝操作
         * 核心线程，非核心线程，任务队列都放不下时
         */
        // 自定义拒绝策略
        RejectedExecutionHandler defaultHandler1 = new MyRejectedExecutionHandler();
        // 默认策略，在需要拒绝任务时抛出RejectedExecutionException
        RejectedExecutionHandler defaultHandler3 = new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy();
        // 直接在 execute 方法的调用线程中运行被拒绝的任务，如果线程池已经关闭，任务将被丢弃；
        RejectedExecutionHandler defaultHandler2 = new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy();
        // 直接丢弃任务
        RejectedExecutionHandler defaultHandler4 = new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy();
        // 丢弃队列中等待时间最长的任务，并执行当前提交的任务，如果线程池已经关闭，任务将被丢弃
        RejectedExecutionHandler defaultHandler5 = new ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy();
        /**
         * 创建线程池
         */
        ExecutorService service1 =  new ThreadPoolExecutor( corePoolSize, maximumPoolSize,keepAliveTime, 
                unit,workQueue,threadFactory,defaultHandler1);
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println("添加第"+i+"个任务");
            service1.execute(new MyThread("线程"+i));
        }
        service1.shutdown();
    }
}

/**
 * 自定义拒绝策略
 */
class MyRejectedExecutionHandler implements RejectedExecutionHandler {
    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
        new Thread(r,"新线程"+new Random().nextInt(10)).start();
    }
}

/**
 * 线程类
 */
class MyThread implements Runnable {
    String name;
    public MyThread(String name) {
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("线程:"+Thread.currentThread().getName() +" 执行:"+name +"  run");
    }
}

六、Future 和 Callable 类使用创建线程池

  1. Callable 是一个函数式接口，它允许你定义一个任务，该任务可以返回一个结果并抛出异常。它是 Runnable 接口的扩展，增加了返回值和抛出异常的能力。
  • 返回值：与 Runnable 接口不同，Callable 任务可以返回一个值，返回值通过 Future 对象获取。
  • 异常：Callable 任务可以抛出异常，这些异常可以通过 Future 对象处理。
  1. Future 接口代表异步计算的结果。它提供了检查计算是否完成的方法，以及获取计算结果的方法。
  • get()：获取计算结果。如果计算尚未完成，此方法会阻塞，直到计算完成或抛出异常。
  • isDone()：检查计算是否完成。
  • cancel()：尝试取消任务。
  • isCancelled()：检查任务是否被取消
package com.demo.threadPool;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * Future 使用
 */
public class MainFuture {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
        System.out.println("开始时间戳为:" + System.currentTimeMillis());
        Future<String> future = executorService.submit(new Test01());
        String result = future.get(); //获取计算结果。如果计算尚未完成，此方法会阻塞，直到计算完成或抛出异常
        boolean isdone = future.isDone();  //检查计算是否完成
        boolean cancel = future.cancel(true);  //尝试取消任务
        boolean iscancelled = future.isCancelled(); //检查任务是否被取消
        System.out.println("result："+result);
        System.out.println("isdone："+isdone);
        System.out.println("cancel："+cancel);
        System.out.println("iscancelled："+iscancelled);
        System.out.println("结束时间戳为:" + System.currentTimeMillis());
　　　　 executorService.shutdown();
    }
}
class Test01 implements Callable {
    @Override
    public Object call() throws Exception {
        return "你好";
    }
}

七、Spring 的 ThreadPoolTaskExecutor 类创建线程池

ThreadPoolTaskExecutor 是 Spring 框架提供的一个线程池实现，它扩展了 Java 的 ThreadPoolExecutor 并提供了一些额外的配置和功能
  1. 添加依赖： 如果你的项目是一个 Maven 项目，确保你的 pom.xml 文件中包含了 Spring Boot 的依赖
  2. 配置线程池： 在 Spring Boot 应用程序中，你可以通过 Java 配置类来配置 ThreadPoolTaskExecutor
package com.cnpc.epai.assetcatalog.dmp.controller;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
/**
 * 线程池配置类
 */
@Configuration
public class ConfigPoolConfiguration {
    @Bean("TaskExecutorDemo")
    public ThreadPoolTaskExecutor taskExecutorDemo(){
        ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTaskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        threadPoolTaskExecutor.setCorePoolSize(10); // 核心线程数
        threadPoolTaskExecutor.setMaxPoolSize(20);// 最大线程数
        threadPoolTaskExecutor.setQueueCapacity(100); //工作队列
        threadPoolTaskExecutor.setKeepAliveSeconds(60); // 非核心线程的空闲存活时间
        threadPoolTaskExecutor.setAllowCoreThreadTimeOut(true);//指定是否允许核心线程超时。这允许动态增长和收缩，即使与非零队列结合使用也是如此（因为最大池大小只有在队列已满时才会增长）
        threadPoolTaskExecutor.setThreadNamePrefix("monitor-thread-pool-");// 设置线程名前缀
        threadPoolTaskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());// 拒绝策略
        threadPoolTaskExecutor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);// 设置线程池关闭时需要等待子任务执行完毕，才销毁对应的bean
        threadPoolTaskExecutor.initialize();//初始化线程池
        return threadPoolTaskExecutor;
    }
}

测试类

package com.cnpc.epai.assetcatalog.dmp.controller;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class TestService {
    @Autowired
    private ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor;
    @Async("taskExecutor")
    public void executeTask() {
        taskExecutor.execute(() -> {
            System.out.println("Executing task in thread: " + Thread.currentThread().getName());
        });
    }
}
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开放原子开发者工作坊

开放原子开发者工作坊旨在鼓励更多人参与开源活动，与志同道合的开发者们相互交流开发经验、分享开发心得、获取前沿技术趋势。工作坊有多种形式的开发者活动，如meetup、训练营等，主打技术交流，干货满满，真诚地邀请各位开发者共同参与！

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