Java 线程池（Thread Pool）是一种创建和管理线程的机制，旨在优化线程资源使用，提高应用程序的性能和响应速度。Java 的 java.util.concurrent 包中提供了线程池的实现，主要通过 Executor 接口及其实现类来管理。

1. 为什么需要线程池？

• 减少资源消耗：线程的创建和销毁会消耗系统资源，线程池通过复用线程减少资源浪费。
• 提高响应速度：线程池可以在任务到达时立即提供线程，而不需要等待新线程的创建。
• 增强可管理性：线程池可以有效管理线程的数量，避免因大量线程导致系统资源耗尽。

2. Java 线程池核心类

Java 中的 Executor 框架提供了线程池相关的接口和类，主要包括：

• Executor：顶层接口，定义了任务提交的方法 execute(Runnable command)。
• ExecutorService：继承自 Executor，提供了管理线程池的方法，例如 submit()、shutdown() 等。
• ThreadPoolExecutor：ExecutorService 的实现类，具备灵活的线程池配置。
• Executors：工厂类，提供了各种类型的线程池创建方法。

3. 线程池的核心参数

ThreadPoolExecutor 是线程池的核心实现，具有以下重要参数：

java
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public ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,        // 核心线程数
    int maximumPoolSize,     // 最大线程数
    long keepAliveTime,      // 空闲线程的存活时间
    TimeUnit unit,           // 空闲线程存活时间的单位
    BlockingQueue<Runnable> workQueue,  // 阻塞队列
    ThreadFactory threadFactory,        // 线程工厂
    RejectedExecutionHandler handler    // 拒绝策略
)

• corePoolSize：核心线程数，表示线程池在空闲时仍保留的线程数量。
• maximumPoolSize：最大线程数，表示线程池能够容纳的最大线程数量。
• keepAliveTime：非核心线程的最大空闲时间，当线程空闲超过此时间时会被回收。
• unit：keepAliveTime 的时间单位。
• workQueue：任务队列，存储等待执行的任务。
• threadFactory：线程工厂，用于创建新线程。
• handler：拒绝策略，当任务无法处理时的应对措施。

4. 线程池的工作流程

线程池在处理任务时遵循以下流程：

1. 判断线程数是否达到核心线程数：若未达到，创建新线程执行任务。
2. 核心线程数已满：将任务加入到任务队列中等待执行。
3. 任务队列已满：若线程数小于最大线程数，创建新线程执行任务。
4. 线程数达到最大值，且任务队列也已满：根据拒绝策略来处理任务。

5. 常见的线程池类型

Java 提供了 Executors 工厂类，帮助创建几种常见的线程池。

1.newFixedThreadPool(int nThreads)

创建一个固定大小的线程池，线程池中的线程数量保持不变。适合执行长期任务，避免频繁创建销毁线程。

java
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ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(4);

2.newCachedThreadPool()

创建一个可缓存的线程池，线程池根据需要自动扩容，空闲线程超过 60 秒会自动销毁。适合处理大量短期任务。

java
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ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

3.newSingleThreadExecutor()

创建一个单线程的线程池，确保所有任务都在同一线程中按顺序执行，适用于需要串行执行任务的场景。

java
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ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

4.newScheduledThreadPool(int corePoolSize)

创建一个线程池，可以按时间安排执行任务，支持定时和周期性任务。

java
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ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(2);

6. 线程池的拒绝策略

当线程池无法处理新的任务时，可以采取以下拒绝策略：

• AbortPolicy（默认）：抛出 RejectedExecutionException 异常。
• CallerRunsPolicy：由调用线程来执行任务。
• DiscardPolicy：直接丢弃任务，不抛异常。
• DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的任务，尝试重新提交当前任务。

示例：

java
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ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    2, 4, 60, TimeUnit.SECONDS,
    new ArrayBlockingQueue<>(10),
    Executors.defaultThreadFactory(),
    new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy()
);

7. 线程池的管理和关闭

• shutdown()：平滑关闭线程池，不再接受新任务，等待所有已提交任务完成后关闭。
• shutdownNow()：立即关闭线程池，试图停止所有执行中的任务并返回等待执行的任务列表。

java
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executor.shutdown();

8. 实际示例

以下是一个使用 ThreadPoolExecutor 的示例：

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import java.util.concurrent.*;

public class ThreadPoolExample {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
            2, 4, 60, TimeUnit.SECONDS,
            new ArrayBlockingQueue<>(10),
            Executors.defaultThreadFactory(),
            new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
        );

        for (int i = 1; i <= 10; i++) {
            final int taskNumber = i;
            executor.execute(() -> {
                System.out.println("Executing task " + taskNumber + " by " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 模拟任务耗时
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
        
        executor.shutdown();
    }
}

9. 线程池使用注意事项

1. 线程数控制：合理设置 corePoolSize 和 maximumPoolSize，避免过多线程导致系统资源耗尽。
2. 选择合适的队列：ArrayBlockingQueue（有界队列）、LinkedBlockingQueue（无界队列）适用于不同的场景。
3. 避免任务阻塞：长时间运行的任务会占用线程资源，建议分解任务或使用 Future 进行异步处理。
4. 优先使用工厂方法：Java 8 引入的 Executors.newWorkStealingPool() 可以创建一种并行度较高的线程池，适合处理并行流任务。

线程池是 Java 并发编程中的重要工具，合理配置线程池参数可以有效提升应用性能，并避免系统资源的浪费或过载。