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。