隐马尔可夫模型（HMM）MATLAB实现范例
2025/12/22 10:09:19
从零开始学 Java 线程池：ThreadPoolExecutor 基础教程
一、介绍
线程池是 Java 并发编程中核心的组件，本质是管理一组可复用线程的池化技术，目的是解决线程频繁创建 / 销毁的性能开销、控制并发线程数量、统一管理线程生命周期等问题。
补：什么是池化技术？
池化技术（Pooling Technology）是一种资源复用与管理的设计模式，核心思想是提前创建并维护一组可复用的资源对象池，当系统需要资源时直接从池中获取，用完后归还到池中而非销毁，从而避免频繁创建和销毁资源带来的性能开销。
简单来讲：池化 = 资源预创建 + 复用 + 统一管理
作用：
- 降低资源消耗：线程是重量级资源（占用栈内存、CPU 上下文），复用线程避免频繁创建 / 销毁的开销；
- 提高响应速度：任务到达时无需等待线程创建，直接复用空闲线程；
- 控制并发风险：避免无限制创建线程导致 CPU 满载、内存溢出（OOM）；
- 便于统一管理：可监控线程状态、统计任务执行情况、设置超时 / 拒绝策略等。
二、原理
线程池的核心是ThreadPoolExecutor类（JDK 1.5+ 引入），其工作流程：
- 任务提交后，先判断核心线程池是否已满 → 未满则创建核心线程执行任务；
- 核心线程池满 → 判断任务队列是否已满 → 未满则将任务入队等待；
- 任务队列满 → 判断最大线程池是否已满 → 未满则创建非核心线程执行任务；
- 最大线程池满 → 触发拒绝策略处理无法执行的任务。
三、ThreadPoolExecutor参数
ThreadPoolExecutor的构造方法是理解线程池的关键，核心参数共 7 个：
publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,// 核心线程数（常驻线程数，即使空闲也不会销毁）intmaximumPoolSize,// 最大线程数（线程池允许的最大线程数量）longkeepAliveTime,// 非核心线程空闲超时时间（超时后销毁）TimeUnitunit,// keepAliveTime 的时间单位（如秒、毫秒）BlockingQueue<Runnable>workQueue,// 任务等待队列（核心线程满后存放任务）ThreadFactorythreadFactory,// 线程创建工厂（自定义线程命名、优先级等）RejectedExecutionHandlerhandler// 拒绝策略（任务无法处理时的策略）)关键参数说明：
- **核心线程数（corePoolSize）**线程池长期维持的线程数量，即使线程空闲也不会销毁（除非设置
allowCoreThreadTimeOut(true)）。 - **最大线程数（maximumPoolSize）**线程池能创建的最大线程数，核心线程 + 非核心线程的总数不能超过此值。
- **任务队列（workQueue）**常用实现类：
ArrayBlockingQueue：有界数组队列（需指定容量，避免队列无限膨胀）；LinkedBlockingQueue：无界 / 有界链表队列（默认无界，易导致 OOM）；SynchronousQueue：同步队列（不存储任务，直接传递给线程，需配合大的 maximumPoolSize）；PriorityBlockingQueue：优先级队列（按任务优先级执行）。
- **拒绝策略（handler）**当线程池和任务队列都满时触发，JDK 提供 4 种默认策略：
AbortPolicy（默认）：直接抛出RejectedExecutionException；CallerRunsPolicy：由提交任务的线程（如主线程）执行任务；DiscardPolicy：静默丢弃任务，无任何提示；DiscardOldestPolicy：丢弃队列中最旧的任务，尝试重新提交当前任务。
四、Java 内置线程池（Executors 工具类）
JDK 提供Executors快速创建常用线程池，但生产环境不推荐直接使用（易导致 OOM 或线程数失控），需手动自定义ThreadPoolExecutor。
| 线程池类型 | 核心参数 | 适用场景 | 风险点 |
|---|---|---|---|
| FixedThreadPool | corePoolSize=maximumPoolSize，队列无界 | 执行长期稳定的任务 | 任务堆积易 OOM |
| SingleThreadExecutor | 核心 / 最大线程数 = 1，队列无界 | 串行执行任务 | 任务堆积易 OOM |
| CachedThreadPool | corePoolSize=0，maximumPoolSize=Integer.MAX_VALUE，队列同步队列 | 执行短期异步任务 | 线程数失控易 OOM |
| ScheduledThreadPool | 核心线程数固定，最大线程数 = Integer.MAX_VALUE | 执行延迟 / 周期性任务 | 任务过多易 OOM |
五、线程池使用示例（推荐自定义）
importjava.util.concurrent.*;publicclassThreadPoolDemo{publicstaticvoidmain(String[]args){// 1. 定义核心参数intcorePoolSize=Runtime.getRuntime().availableProcessors();// CPU核心数intmaximumPoolSize=corePoolSize*2;longkeepAliveTime=60L;TimeUnitunit=TimeUnit.SECONDS;// 有界队列（避免无界队列OOM）BlockingQueue<Runnable>workQueue=newArrayBlockingQueue<>(100);// 自定义线程工厂（便于排查问题）ThreadFactorythreadFactory=newThreadFactory(){privateintcount=0;@OverridepublicThreadnewThread(Runnabler){Threadthread=newThread(r);thread.setName("demo-thread-"+count++);thread.setDaemon(false);// 非守护线程thread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);returnthread;}};// 自定义拒绝策略（日志+抛异常）RejectedExecutionHandlerhandler=(r,executor)->{System.err.println("任务 "+r+" 被拒绝，线程池状态："+"核心线程数="+executor.getCorePoolSize()+"，活跃线程数="+executor.getActiveCount()+"，队列大小="+executor.getQueue().size());thrownewRejectedExecutionException("任务 "+r+" 执行失败");};// 2. 创建线程池ThreadPoolExecutorexecutor=newThreadPoolExecutor(corePoolSize,maximumPoolSize,keepAliveTime,unit,workQueue,threadFactory,handler);// 3. 提交任务（推荐使用submit，可获取返回值/异常）for(inti=0;i<10;i++){intfinalI=i;Future<Integer>future=executor.submit(()->{System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 执行任务："+finalI);returnfinalI*2;});// 获取任务结果（需处理异常）try{System.out.println("任务"+finalI+"结果："+future.get());}catch(InterruptedException|ExecutionExceptione){e.printStackTrace();}}// 4. 关闭线程池（必须手动关闭，否则JVM不会退出）executor.shutdown();// 平缓关闭：等待已提交任务执行完毕// executor.shutdownNow(); // 强制关闭：中断所有线程，返回未执行的任务try{// 等待线程池关闭，超时则强制退出if(!executor.awaitTermination(5,TimeUnit.MINUTES)){executor.shutdownNow();}}catch(InterruptedExceptione){executor.shutdownNow();}}}六、线程池核心状态
线程池通过ctl原子变量维护状态，核心状态包括：
RUNNING：接收新任务，处理队列任务；SHUTDOWN：不接收新任务，处理队列任务；STOP：不接收新任务，不处理队列任务，中断正在执行的任务；TIDYING：所有任务执行完毕，线程数为 0，准备执行terminated()钩子；TERMINATED：terminated()执行完毕。
七、注意
- 避免使用 Executors 默认实现：手动自定义
ThreadPoolExecutor，指定有界队列和合理的核心 / 最大线程数； - 核心线程数设置：
- CPU 密集型任务（如计算）：核心线程数 = CPU 核心数 + 1（减少线程切换）；
- IO 密集型任务（如数据库 / 网络请求）：核心线程数 = CPU 核心数 * 2（利用空闲时间）；
- 监控线程池状态：通过
getActiveCount()、getQueue().size()、getCompletedTaskCount()等方法监控； - 优雅关闭线程池：使用
shutdown()+awaitTermination()，避免强制关闭导致任务丢失； - 捕获任务异常：使用
submit()提交任务，通过Future.get()捕获异常（execute()无法捕获任务内异常）； - 避免任务长时间阻塞：如数据库查询设置超时，防止线程长期占用导致线程池耗尽。
八、总结
Java 线程池的核心是ThreadPoolExecutor，通过核心线程、最大线程、任务队列、拒绝策略的组合，实现线程的复用和并发控制。生产环境中需根据业务场景自定义参数，避免默认实现的坑，同时做好监控和优雅关闭，确保线程池稳定运行。
附表：
| JDK 版本 | 发布时间 | 线程池核心变化 | 关键说明 |
|---|---|---|---|
| JDK 1.5 | 2004 年 | 首次引入线程池核心 API✅ 新增java.util.concurrent包✅ 核心类：ThreadPoolExecutor、ScheduledThreadPoolExecutor✅ 工具类：Executors（提供固定 / 缓存 / 单线程池等工厂方法）✅ 核心接口：Executor、ExecutorService、ScheduledExecutorService | 线程池的 “奠基版本”，解决了手动创建线程的性能问题，定义了线程池的核心模型（核心线程、最大线程、队列、拒绝策略）；Executors提供的默认实现（如newCachedThreadPool）成为主流用法，但后续被指出存在配置风险。 |
| JDK 1.6 | 2006 年 | 性能优化 + 细节补充✅ 优化ThreadPoolExecutor的线程回收逻辑✅ 新增ThreadPoolExecutor.afterExecute()方法（支持任务执行后回调）✅ 完善ScheduledThreadPoolExecutor的定时任务精度 | 无核心 API 变更，主要是性能调优和扩展性增强；回调方法的补充让线程池的监控 / 日志能力更灵活。 |
| JDK 1.7 | 2011 年 | 无核心变更 | 线程池相关 API 无新增 / 修改，仅跟随 JDK 整体的并发包优化（如 Fork/Join 框架引入，但与线程池无关）。 |
| JDK 1.8 | 2014 年 | Lambda 适配 + 小优化✅ 支持 Lambda 表达式简化任务提交（executor.submit(() -> { ... })）✅ 优化ThreadPoolExecutor的队列调度逻辑✅ 修复ScheduledThreadPoolExecutor的任务取消 bug | 核心功能无变化，主要是适配 Lambda 提升易用性；修复了定时任务中已取消任务仍可能执行的问题。 |
| JDK 9 | 2017 年 | 模块化 + 废弃部分 API✅java.util.concurrent归入java.base模块✅ 废弃Executors的newWorkStealingPool(int)重载方法（仅保留无参版）✅ 新增ExecutorService.shutdownNow()的返回值优化（更精准返回未执行任务） | 模块化调整不影响使用；废弃的newWorkStealingPool(int)因参数设计不合理被移除，无参版（基于 CPU 核心数）保留。 |
| JDK 10 | 2018 年 | 无核心变更 | 仅小范围 bug 修复，无线程池相关 API 调整。 |
| JDK 11（LTS） | 2018 年 | 性能优化 + 安全增强✅ 优化ThreadPoolExecutor的锁竞争（减少核心线程创建时的锁开销）✅ 修复ScheduledThreadPoolExecutor的内存泄漏问题✅ 新增ExecutorService的submit方法异常处理优化 | LTS 版本，核心稳定，主要是生产环境级别的 bug 修复和性能调优；解决了长期运行的定时线程池可能导致的内存泄漏问题。 |
| JDK 12 - 19 | 2019-2022 年 | 无核心 API 变更✅ 小范围 bug 修复（如线程池拒绝策略触发时机）✅ JDK 19 新增虚拟线程预览特性（不影响传统线程池） | 传统线程池 API 进入 “维护期”，无新功能；虚拟线程（Project Loom）开始预览，但属于全新的并发模型，与传统线程池并行存在。 |
| JDK 20 | 2023 年 | 虚拟线程转正（预览→孵化）✅Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()（创建虚拟线程池）✅ 传统线程池 API 无变更 | 虚拟线程池成为正式孵化特性，但传统线程池仍为核心；虚拟线程池不替代传统线程池，适用于 IO 密集型场景。 |
| JDK 21（LTS） | 2023 年 | 虚拟线程正式 GA✅ 虚拟线程（VirtualThread）成为正式特性✅ 新增Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()（稳定 API）✅ 传统线程池（ThreadPoolExecutor）完全兼容，无废弃 / 修改 | 里程碑版本：虚拟线程池正式可用，传统线程池仍为 “CPU 密集型任务” 的首选；核心变化：线程池分为 “平台线程池”（传统）和 “虚拟线程池”（新），按需选择。 |
注：
虚拟线程（VirtualThread） 是 JDK 21 正式纳入标准的轻量级用户态线程（属于 Project Loom 核心特性），核心是通过M:N 映射模型（M 个虚拟线程映射到 N 个操作系统内核线程）实现高效的并发处理，