線程池架構 

線程池是一種線程管理的機制，用于維護和復用線程，以減少線程創(chuàng)建和銷毀的開銷。

在Java中，線程池的頂級接口是Executor，而真正的線程池接口是ExecutorService。以下是一些重要的類和接口：

• ExecutorService：真正的線程池接口，提供了執(zhí)行、管理和控制任務的方法。

• ScheduledExecutorService：繼承自ExecutorService，能夠解決那些需要任務重復執(zhí)行的問題，支持定時和周期性任務執(zhí)行。

• ThreadPoolExecutor：ExecutorService的默認實現(xiàn)，提供了豐富的配置選項，如核心線程數(shù)、最大線程數(shù)、工作隊列類型等。

• ScheduledThreadPoolExecutor：繼承自ThreadPoolExecutor的ScheduledExecutorService接口實現(xiàn)，用于周期性任務調度。

要配置一個線程池是比較復雜的，尤其是對于線程池的原理不是很清楚的情況下，很有可能配置的線程池不是較優(yōu)的，因此在Executors類里面提供了一些靜態(tài)工廠，生成一些常用的線程池。

在Java中，可以通過Executors工廠類提供四種常見類型的線程池：

• newCachedThreadPool：創(chuàng)建一個可緩存線程池，適用于執(zhí)行大量短期異步任務的場景，線程數(shù)量不受限制，可以靈活回收空閑線程。

• newFixedThreadPool：創(chuàng)建一個固定大小的線程池，適用于控制最大并發(fā)數(shù)的場景，超出的任務會在隊列中等待。

• newScheduledThreadPool：創(chuàng)建一個定時線程池，用于支持定時及周期性任務執(zhí)行的場景。

• newSingleThreadExecutor：創(chuàng)建一個單線程化的線程池，用于保證所有任務按照指定順序執(zhí)行的場景，只會使用唯一的工作線程來執(zhí)行任務。

通過選擇合適的線程池類型，并根據(jù)實際需求進行配置，可以有效管理和優(yōu)化多線程任務的執(zhí)行。

newSingleThreadExecutor

newSingleThreadExecutor 是 Executors 工廠類提供的一種線程池，它創(chuàng)建的是單線程化的線程池。具體來說，newSingleThreadExecutor 只會使用單個工作線程來執(zhí)行任務，保證所有任務按照指定順序（如 FIFO、LIFO、優(yōu)先級）依次執(zhí)行。

這種線程池適用于以下場景：

1. 順序執(zhí)行：需要按照特定順序執(zhí)行任務，避免并發(fā)引起的競爭條件或數(shù)據(jù)一致性問題。

2. 確保任務不被并發(fā)執(zhí)行：有些任務可能不支持并發(fā)執(zhí)行，此時可以使用單線程化的線程池來保證任務的順序執(zhí)行。

3. 上下文切換開銷較大的任務：對于一些上下文切換開銷較大的任務，如果采用并發(fā)執(zhí)行可能帶來額外的開銷，可以選擇單線程化的線程池來避免這種情況。

在單線程化的線程池中，任務會按照提交的順序依次執(zhí)行，不會存在并發(fā)執(zhí)行的情況。如果某個任務由于異常結束，后續(xù)的任務會繼續(xù)執(zhí)行，不會受到影響。

以下是一個簡單的 Java 代碼示例，演示了如何使用 newSingleThreadExecutor 創(chuàng)建單線程化的線程池，并提交任務執(zhí)行：

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

public class main {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個單線程化的線程池
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

        // 提交多個任務給線程池執(zhí)行
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.submit(() -> {
                System.out.println("任務 " + taskId + " 正在線程上運行： " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 模擬任務執(zhí)行
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt(); // 保持中斷狀態(tài)
                }
            });
        }

        // 關閉線程池
        executor.shutdown();
    }
}

在上面的示例中，我們首先通過 Executors.newSingleThreadExecutor() 方法創(chuàng)建了一個單線程化的線程池。然后，使用 executor.submit() 方法向線程池提交了5個任務，每個任務都會打印當前線程名并模擬執(zhí)行一段時間。最后，通過 executor.shutdown() 關閉了線程池。 

需要注意的是，雖然該線程池只使用單個工作線程來執(zhí)行任務，但仍然可以通過 ExecutorService 提供的方法提交多個任務，這些任務會按照提交的順序被放入隊列，并由單個工作線程逐個執(zhí)行。

總之，SingleThreadExecutor 用于串行執(zhí)行任務的場景，每個任務必須按順序執(zhí)行，不需要并發(fā)執(zhí)行。

newFixedThreadPool

newFixedThreadPool 是 Executors 工廠類提供的一種固定大小的線程池，它創(chuàng)建的線程池具有固定數(shù)量的工作線程。具體來說，newFixedThreadPool 創(chuàng)建的線程池會維護一個固定數(shù)量的工作線程，當有任務提交時，會使用其中一個工作線程來執(zhí)行任務。

這種線程池適用于以下場景：

• 控制最大并發(fā)數(shù)：需要限制并發(fā)執(zhí)行的任務數(shù)量，以防止系統(tǒng)資源被過度占用。

• 資源限制：對于一些資源受限的場景，如數(shù)據(jù)庫連接池、網絡連接池等，可以使用固定大小的線程池來控制資源的分配和利用。

• 預測性能需求：在已知任務量和性能需求的情況下，可以根據(jù)需求預先配置固定數(shù)量的工作線程，以保證系統(tǒng)在高負載時仍能穩(wěn)定運行。

在固定大小的線程池中，線程的數(shù)量是固定的，不會根據(jù)任務的增加或減少而自動調整。如果所有工作線程都正在執(zhí)行任務，并且有新任務提交時，新任務會被放入隊列中等待，直到有工作線程空閑出來才會被執(zhí)行。

以下是一個簡單的 Java 代碼示例，演示了如何使用 newFixedThreadPool 創(chuàng)建固定大小的線程池，并提交任務執(zhí)行：

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

public class main {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個固定大小為3的線程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);

        // 提交多個任務給線程池執(zhí)行
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.submit(() -> {
                System.out.println("任務 " + taskId + " 正在線程上運行: " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 模擬任務執(zhí)行
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt(); // 保持中斷狀態(tài)
                }
            });
        }

        // 關閉線程池
        executor.shutdown();
    }
}

在上面的示例中，我們通過 Executors.newFixedThreadPool(3) 方法創(chuàng)建了一個固定大小為3的線程池。然后，使用 executor.submit() 方法向線程池提交了5個任務，每個任務都會打印當前線程名并模擬執(zhí)行一段時間。最后，通過 executor.shutdown() 關閉了線程池。

當你運行這段代碼時，你會看到雖然提交了5個任務，但是只有3個任務會同時在不同的工作線程中執(zhí)行，因為線程池的大小被限制為3。剩余的任務會在有線程空閑時依次執(zhí)行。

需要注意的是，在使用固定大小的線程池時，應該根據(jù)系統(tǒng)資源和運行環(huán)境合理地配置線程數(shù)量，避免資源浪費或不足的情況發(fā)生。

總之，FixedThreadPool 用于負載比較重的服務器，為了資源的合理利用，需要限制當前線程數(shù)量。

newCachedThreadPool

newCachedThreadPool 是 Executors 工廠類提供的一種可緩存線程池，它創(chuàng)建的線程池會根據(jù)需要自動調整線程數(shù)量。具體來說，當有新任務提交時，如果當前有空閑線程，則會立即使用空閑線程執(zhí)行任務；如果沒有空閑線程，則會創(chuàng)建新的線程來處理任務。而對于長時間閑置未被使用的線程，它們會在一定的空閑時間后被回收，從而使得線程池的大小能夠動態(tài)調整。

這種線程池適用于以下場景：

• 處理大量短時耗任務：適用于有大量短時耗的任務需要處理的情況，例如網絡請求響應、小數(shù)據(jù)處理等。

• 并發(fā)需求不確定：當并發(fā)需求不確定，且系統(tǒng)資源充足時，可以使用可緩存線程池來動態(tài)調整線程數(shù)量，以適應不同負載情況。

• 短期高并發(fā)：對于突發(fā)性的高并發(fā)情況，可緩存線程池能夠快速創(chuàng)建新線程來應對，從而保證任務的及時處理。

以下是一個簡單的 Java 代碼示例，演示了如何使用 newCachedThreadPool 創(chuàng)建可緩存線程池，并提交任務執(zhí)行：

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

public class main {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個可緩存線程池
        ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();

        // 提交多個任務給線程池執(zhí)行
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            final int taskId = i;
            executor.submit(() -> {
                System.out.println("任務 " + taskId + "正在線程上運行： " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 模擬任務執(zhí)行
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt(); // 保持中斷狀態(tài)
                }
            });
        }

        // 關閉線程池
        executor.shutdown();
    }
}

在上面的示例中，我們通過 Executors.newCachedThreadPool() 方法創(chuàng)建了一個可緩存線程池。然后，使用 executor.submit() 方法向線程池提交了5個任務，每個任務都會打印當前線程名并模擬執(zhí)行一段時間。最后，通過 executor.shutdown() 關閉了線程池。

當你運行這段代碼時，你會看到所有5個任務都會立即在不同的工作線程中執(zhí)行，因為可緩存線程池會根據(jù)需要動態(tài)調整線程數(shù)量。這種機制能夠很好地適應不同負載情況下的任務處理需求。

需要注意的是，由于可緩存線程池的特性是動態(tài)調整線程數(shù)量，因此在任務提交過多導致線程數(shù)激增時，需要謹慎控制以避免資源耗盡的情況發(fā)生。

總之，CachedThreadPool 用于并發(fā)執(zhí)行大量短期的小任務，或者是負載較輕的服務器。

newScheduledThreadPool

newScheduledThreadPool 是 Executors 工廠類提供的一種創(chuàng)建定時任務的線程池。它創(chuàng)建的線程池可以執(zhí)行延遲任務和周期性任務，它會在給定的延遲時間后執(zhí)行任務，或者定期執(zhí)行任務。這種線程池適用于需要執(zhí)行定時任務或者周期性任務的場景。

具體來說，newScheduledThreadPool 創(chuàng)建的線程池有以下特點：

• 支持延遲任務執(zhí)行：可以使用 schedule() 方法提交一個任務，并指定延遲時間，線程池會在延遲時間過去后執(zhí)行相應的任務。
• 支持周期性任務執(zhí)行：可以使用 scheduleAtFixedRate() 或者 scheduleWithFixedDelay() 方法提交一個任務，并指定初始延遲時間和執(zhí)行間隔，線程池會按照指定的間隔周期性執(zhí)行任務。
• 靈活控制：可以通過 ScheduledExecutorService 提供的方法對定時任務進行取消、查詢等操作，非常靈活方便。

在實際應用中，newScheduledThreadPool 可以用于定時數(shù)據(jù)同步、定時任務觸發(fā)、定時器等場景，能夠很好地滿足對任務執(zhí)行時間有特定要求的需求。

下面是一個簡單的 Java 代碼示例，演示了如何使用 newScheduledThreadPool 創(chuàng)建定時任務的線程池，并提交延遲任務和周期性任務：

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

public class main {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個定時任務線程池
        ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(1);

        // 提交延遲任務
        executor.schedule(() -> System.out.println("延遲的任務"), 2, TimeUnit.SECONDS);

        // 提交周期性任務
        executor.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println("周期性任務"), 0, 1, TimeUnit.SECONDS);

        // 等待一段時間后關閉線程池
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        executor.shutdown();
    }
}

在上面的示例中，我們通過 Executors.newScheduledThreadPool(1) 方法創(chuàng)建了一個定時任務線程池。然后，使用 schedule() 方法提交了一個延遲任務，在2秒后執(zhí)行；同時使用 scheduleAtFixedRate() 方法提交了一個周期性任務，每隔1秒執(zhí)行一次。最后，我們等待一段時間后關閉了線程池。

當你運行這段代碼時，你會看到延遲任務和周期性任務會按照預定的時間被執(zhí)行。這展示了 newScheduledThreadPool 的定時任務執(zhí)行能力。

總之，ScheduledThreadPoolExecutor 用于需要多個后臺線程執(zhí)行周期任務，同時需要限制線程數(shù)量的場景。

Executors和ThreaPoolExecutor創(chuàng)建線程池的區(qū)別

在 Java 中，確實存在著 Executors 工廠類的幾種創(chuàng)建線程池的方法存在一些缺陷，讓我們來具體分析一下。

1、newFixedThreadPool 和 newSingleThreadExecutor：

這兩種方法都使用了無界的 LinkedBlockingQueue 作為工作隊列，在任務提交速度持續(xù)大于任務處理速度的情況下，可能會導致隊列中累積大量的任務，從而消耗大量內存。如果任務量非常大或者任務執(zhí)行時間非常長，那么這種設計就會面臨 OutOfMemoryError （簡稱：OOM）的風險。

2、newCachedThreadPool 和 newScheduledThreadPool：

這兩種方法在某些情況下可能會創(chuàng)建大量的線程，因為它們的最大線程數(shù)是 Integer.MAX_VALUE。如果系統(tǒng)負載突然增加，那么就可能創(chuàng)建非常多的線程，從而消耗大量系統(tǒng)資源，甚至導致 OutOfMemoryError（簡稱：OOM）。

而相較之下，使用 ThreadPoolExecutor 構造函數(shù)創(chuàng)建線程池可以更好地控制線程池的行為，避免上述問題。通過 ThreadPoolExecutor 的構造函數(shù)，可以顯式地指定核心線程數(shù)、最大線程數(shù)、工作隊列類型、拒絕策略等參數(shù)，從而更精細地控制線程池的行為。

因此，在開發(fā)中，建議根據(jù)具體需求和系統(tǒng)負載情況，選擇合適的線程池創(chuàng)建方法，并結合 ThreadPoolExecutor 來進行更為細致的參數(shù)配置，以避免潛在的問題。

兩種提交任務的方法

ExecutorService 提供了兩種提交任務的方法：

1、execute(Runnable command)：

這個方法用于提交不需要返回值的任務。它接受一個 Runnable 對象作為參數(shù)，表示要執(zhí)行的任務，但并不關心任務的返回結果。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
executor.execute(new RunnableTask());

2、submit(Callable<T> task)：

這個方法用于提交需要返回值的任務。它接受一個 Callable 對象作為參數(shù)，表示要執(zhí)行的任務，并返回一個 Future 對象，通過它可以獲取任務執(zhí)行的結果。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(10);
Future<String> future = executor.submit(new CallableTask());
String result = future.get(); // 獲取任務執(zhí)行結果

通過這兩種方法，可以靈活地提交不同類型的任務，并根據(jù)需要獲取它們的執(zhí)行結果。execute 方法適用于 fire-and-forget 的場景，而 submit 方法則更適合需要獲取任務執(zhí)行結果的情況。

以下是使用 ExecutorService 提供的 execute 和 submit 方法的示例代碼：

import java.util.concurrent.*;

public class main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 創(chuàng)建一個固定大小為 3 的線程池
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);

        // 提交第一個任務
        Future<Integer> future1 = executor.submit(() -> {
            System.out.println("任務1正在運行");
            return 42;
        });

        // 提交第二個任務，并依賴于第一個任務的結果
        Future<Integer> future2 = executor.submit(() -> {
            int result = future1.get(); // 等待第一個任務的執(zhí)行結果
            System.out.println("任務2正在根據(jù)任務1的結果運行： " + result);
            return result * 2;
        });

        // 提交第三個任務，并依賴于第二個任務的結果
        executor.execute(() -> {
            try {
                int result = future2.get(); // 等待第二個任務的執(zhí)行結果
                System.out.println("任務3正在根據(jù)任務2的結果運行：" + result);
            } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        // 關閉線程池
        executor.shutdown();
    }
}

在這個示例中，我們使用submit方法提交了第一個和第二個任務，并使用execute方法提交了第三個任務。第二個任務依賴于第一個任務的結果，而第三個任務則依賴于第二個任務的結果。通過這種方式，我們展示了如何在復雜情況下使用ExecutorService的execute和submit方法來提交具有相互依賴關系的任務。

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