阅读本文前,建议先阅读《Java 线程与原理》了解 Java 线程的基本使用(Thread、Runnable、Callable和FutureTask的关系)
Executor 框架
Executor 框架是 Java 5 引入的并发工具,位于java.util.concurrent包中,其核心目标是将线程任务的提交与任务的执行解耦,是 Java 线程池的核心实现框架。
Executor 框架的核心接口:
- Executor:最顶层的接口,定义了
execute(Runnable command)方法。
public interface Executor { void execute(Runnable command); }- ExecutorService:扩展了
Executor,增加了管理线程池生命周期的方法(如shutdown()、submit()、invokeAll()等)。
public interface ExecutorService extends Executor { <T> Future<T> submit(Callable<T> task); List<Runnable> shutdownNow(); boolean awaitTermination(long timeout, TimeUnit unit); // ... }- ScheduledExecutorService:支持延迟或周期性执行任务。
public interface ScheduledExecutorService extends ExecutorService { ScheduledFuture<?> schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit); ScheduledFuture<?> scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay, long period, TimeUnit unit); // ... }- ThreadPoolExecutor:ExecutorService 的核心实现类,提供了丰富的线程池配置选项。
接口与类关系:
Executor 框架的使用示意图:
ThreadPoolExecutor
构造函数:
public ThreadPoolExecutor( int corePoolSize, int maximumPoolSize, long keepAliveTime, TimeUnit unit, BlockingQueue<Runnable> workQueue, ThreadFactory threadFactory, RejectedExecutionHandler handler )参数说明:
| 参数 | 说明 |
| corePoolSize | 核心线程数。即使空闲,这些线程也不会被回收(除非设置 allowCoreThreadTimeOut(true))。当低于这个数值,总是新建线程执行任务;超过这个数值后,会把任务放到 workQueue排队,当队列满时,才在 maximumPoolSize 范围内新建线程执行任务。 |
| maximumPoolSize | 最大线程数。当活动线程数达到这个数值后,将会被拒绝掉(见后面的 RejectedExecutionHandler )。 |
| keepAliveTime | 非核心线程闲置时的超时时长。超过这个时长,闲置的非核心线程就会被回收。 |
| unit | keepAliveTime 参数的时间单位,有 TimeUnit.MILLISECOND 、TimeUnit.SECOND 、TimeUnit.MINUTE 等 |
| workQueue | 任务队列,用于缓存待执行的任务。常用实现:1、ArrayBlockingQueue:基于数组结构的的先进先出有界阻塞队列,此队列创建时必须指定大小。2、LinkedBlockingQueue:基于链表结构的先进先出无界阻塞队列,如果创建时没有指定此队列大小,则默认为 Integer.MAX_VALUE 。3、SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列,每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作,否则插入操作一直处于阻塞状态。相当于队列容量大小为 1 。4、PriorityBlockingQueue:一个具有优先级的无限阻塞队列,可用于设置任务处理的优先级。 |
| threadFactory | 线程工厂,用于自定义线程创建(如命名、优先级等)。 |
| handler | 拒绝策略,当线程池和队列都满时如何处理新任务。常用实现:1、AbortPolicy(默认):丢弃任务,并抛出 RejectedExecutionException 异常。2、DiscardPolicy:也是丢弃任务,但是不抛出异常。3、DiscardOldestPolicy:丢弃队列最前面的任务,然后重新尝试执行任务(重复此过程)4、CallerRunsPolicy:由调用线程处理该任务 |
ThreadPoolExecutor 线程池处理流程:
ThreadPoolExecutor 线程池使用示例:
import java.util.concurrent.*; public class ThreadPoolExample { public static void main(String[] args) { ThreadFactory namedThreadFactory = r -> { Thread t = new Thread(r, "MyPool-Thread"); t.setDaemon(false); return t; }; BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(100); RejectedExecutionHandler handler = new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy(); ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor( 2, 4, 30, TimeUnit.SECONDS, workQueue, namedThreadFactory, handler ); for (int i = 0; i < 10; i++) { final int taskId = i; executor.submit(() -> { System.out.println("Task " + taskId + " executed by " + Thread.currentThread().getName()); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); } }); } executor.shutdown(); } }Executors 工厂类
Java 提供了Executors工具类,用于快速创建常见线程池:
| 方法 | 说明 | 内部实现 |
| newFixedThreadPool(int n) | 固定大小线程池 | core = max = n,无界队列 |
| newCachedThreadPool() | 缓存线程池 | core = 0,max = Integer.MAX_VALUE,SynchronousQueue |
| newSingleThreadExecutor() | 单线程池 | core = max = 1,无界队列 |
| newScheduledThreadPool(int n) | 支持定时/周期任务 | ScheduledThreadPoolExecutor |
其中,newFixedThreadPool和newCachedThreadPool在高负载下可能导致 OOM(因使用无界队列或过多线程)。因此,生产环境强烈建议手动创建ThreadPoolExecutor并明确参数。
ScheduledThreadPoolExecutor
ScheduledThreadPoolExecutor是专门用于延迟执行或周期性执行任务。它是ThreadPoolExecutor的子类,同时实现了ScheduledExecutorService接口。
ScheduledThreadPoolExecutor 特性:
- 支持一次性延迟执行。
- 支持 固定频率(fixed-rate)或 固定延迟(fixed-delay)的周期性任务。
- 线程复用:多个定时任务共享线程池中的线程,避免频繁创建/销毁线程。
- 线程池等待队列默认使用
DelayedWorkQueue(一种无界优先队列),大量任务堆积可能导致 OOM。 - 比 Timer / TimerTask 更安全、更灵活(Timer 是单线程,异常会导致整个调度器崩溃)。若某个任务抛出未捕获异常,该任务将终止,但不会影响其他任务。
- 可通过 ScheduledFuture.cancel() 取消任务。
- 调用 shutdown() 关闭线程池后,已提交的任务仍会执行;shutdownNow() 尝试中断正在执行的任务。
线程池最佳实践
- 避免使用 Executors 创建普通线程池,应显式使用
ThreadPoolExecutor。 - 合理设置 corePoolSize 和 maximumPoolSize,根据 CPU 核心数和任务类型(CPU 密集型 vs IO 密集型)调整。
- 使用有界队列,防止内存溢出。
- 自定义 ThreadFactory,为线程命名便于排查问题。
- 合理处理异常:在
Runnable或Callable中捕获异常,避免线程静默退出。 - 优雅关闭线程池:
executor.shutdown(); if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) { executor.shutdownNow(); }