【JavaEE初阶 — 多线程】线程池
1. 线程池的原理
1.1 为什么要有线程池
线程池是一种池化技术，用于预先创建并管理一组线程，避免频繁创建和销毁线程的开销，提高性能和响应速度。
1.2 线程池的构造方法
1.3 线程池的核心参数
线程池的几个关键的配置：核心线程数、最大线程数、空闲存活时间、工作队列、拒绝策略。
| 参数属性 | 说明 |
|---|---|
| int corePoolSize | 核心线程数，即线程池中始终保持的线程数量 |
| int maximumPoolSize | 最大线程数，即线程池中允许的最大线程数量 |
| long keepAliveTime | 线程空闲时间，超过这个时间的非核心线程会被销毁 |
| TimeUnit unit | keepAliveTime 的时间单位，是秒，分钟或者其他值 |
| workQueue | 任务队列，存放待执行的任务 |
| threadFactory | 线程工厂，用于创建新线程 |
| rejectedExecutionHandler | 任务拒绝处理器，当任务无法执行时的处理策略 |
接下来，我们会详细讲解后面的四个参数；
1.4 TimeUnit
TimeUnit 是一个枚举类型的参数，作为 keepAliveTime 的时间单位，是秒，分钟或者其他值：
1.5 工作队列的类型
- 工作队列是让程序员根据自己的需求，实例化需要的队列，给程序员更大的自由度，以完成更多的功能；
- 泛型为 Runnable，说明阻塞队列中的元素是一个个 Runnable 任务；
- 每次通过调用 submit() 方法，往队列中添加任务，线程池在工作的时候，就会往队列中取走素，并且执行 Runnable 中的 run()方法，这是工作队列所起到的效果 ：
- 线程池本质上，也是生产者消费者模型，调用 submit() 就是在生产任务，线程池里的线程就是在消费任务；
- 因此需要以阻塞队列为基础，进行数据交互，所以工作队列的类型为 BlockingQueue；
| 工作队列类型 | 说明 |
|---|---|
| SynchronousQueue | 不存储任务，直接将任务提交给线程。 |
| LinkedBlockingQueue | 链表结构的阻塞队列，大小无限。 |
| ArrayBlockingQueue | 数组结构的有界阻塞队列。 |
| PriorityBlockingQueue | 带优先级的无界阻塞队列。 |
- 选择使用基于数组，链表，或者优先级队列的阻塞队列，指定capacity，指定是否要带有优先级/比较规则即可；
1.6 工厂设计模式
1.6.1 工厂模式概念
- 工厂模式（Factory Pattern）是一种创建型设计模式；它提供了一种封装对象创建过程的方法
- 工厂模式通过静态方法，将对象的创建(实例化 & 初始化）和 使用 分离；
- 让一个专门的工厂类负责创建对象实例，而不是在代码中直接使用 new 操作符；
- 每个工厂类中提供多组静态方法，实现不同情况的构造；
- 工厂模式用于弥补构造方法的缺陷，有助于降低代码的耦合度，提高可维护性和可扩展性。
1.6.2 使用工厂模式的好处
(1) 降低耦合度
工厂模式将对象的创建与使用分离，使得客户端代码不直接依赖具体的类，降低了耦合度。
(2) 提高可扩展性
当需要添加或修改产品类时，只需修改工厂类，而不需要修改客户端代码，提高了系统的可扩展性。
(3) 提高可维护性
通过集中管理对象的创建，提高了代码的可维护性。
(4) 提高代码复用性
工厂类可以被多个客户端代码复用，减少了重复代码。
1.6.3 使用工厂模式的典型案例
(1) 问题描述
我们要定义一个点，可以通过平面直角坐标系来定义，也可以通过极坐标系定义：
通过常规的通过构造方法的方式来构造对象， 通过给表示点的类 Point 提供构造方法，来表示一个点：
但是如果构造方法的方法名，和参数的个数和类型相同，则会因为方法重载而报错；
也就是说，如果构造方法的名字是固定的，要想提供不同的版本，就需要通过重载的方式来触发，但是有时候不一定能构成重载；
(2) 解决方法
对于上述问题，我们可以通过工厂模式来解决；
我们不再通过构造方法的方式来构造对象，而是通过提供专门的静态函数，来构造专门的对象，并且返回
- 用来构造对象的静态方法（makePointByXY & makePointByRA），称为工厂方法；
- 提供工厂方法的类（PointFactory），就可以称为工厂类；
通过单独的类（PointFactory）提供工厂方法（makePointByXY & makePointByRA），和要构造对象的类（Point）分开，这是更科学的工厂设计模式。
1.6.4 ThreadFatory
使用工厂设计模式，最主要的目的，不是提供多种构造模式，而是通过工厂类，来简化初始化操作
一个线程涉及到很多可以设置的属性，如果在线程池中，对这些线程设置多种属性时，我们更希望希望统一使用一样的套路，对这些线程设置属性，这样的做法是比较合适的；
1.7 拒绝策略
AbortPolicy
- 当任务队列满且没有线程空闲，此时添加任务会直接抛出 RejectedExecutionException 错误，这也是默认的拒绝策略。
- 适用于必须通知调用者任务未能被执行的场景。
CallerRunsPolicy
- 当任务队列满且没有线程空闲，此时添加任务由即调用者线程执行。
- 适用于希望通过减缓任务提交速度来稳定系统的场景。
DiscardOldestPolicy
- 当任务队列满且没有线程空闲，会删除最早的任务，然后重新提交当前任务。
- 适用于希望丢弃最旧的任务以保证新的重要任务能够被处理的场景。
DiscardPolicy
- 直接丢弃当前提交的任务，不会执行任何操作，也不会抛出异常。
- 适用于对部分任务丢弃没有影响的场景，或系统负载较高时不需要处理所有任务。
自定义拒绝策略
使用拒绝策略
1.8 线程池工作原理
注意：核心线程和非核心线程在线程池中是一样的，并没有特殊的标识区分！图中区分仅为说清楚创建的顺序 。
1.默认情况下线程不会预创建，任务提交之后才会创建线程
（不过设置prestartAllCoreThreads可以预创建核心线程）。
2.当核心线程满了之后不会新建线程，而是把任务堆积到工作队列中。
3.如果工作队列放不下了，然后才会新增线程，直至达到最大线程数。
4.如果工作队列满了，然后也已经达到最大线程数了，这时候来任务会执行拒绝策略。
5.如果线程空闲时间，超过空闲存活时间，并且线程线程数是大于核心线程数的，则会销毁线程，直到线程数等于核心线程数（设置allowCoreThreadTimeOut为true可以回收核心线程，默认为false)。
2. 并发库提供的线程池实现
Java 并发库中提供了5种常见的线程池实现，主要通过 Executors 工具类来创建。
| FixedThreadPool | 创建一个固定数量的线程池 |
- 线程池中的线程数是固定的，空闲的线程会被复用。
- 如果所有线程都在忙，则新任务会放入队列中等待。
- 适合负载稳定的场景，任务数量确定且不需要动态调整线程数。
| CachedThreadPool | 一个可以根据需要创建新线程的线程池 |
- 线程池的线程数量没有上限，空闲线程会在60秒后被回收；
- 如果有新任务且没有可用线程，会创建新线程。
- 适合短期大量并发任务的场景，任务执行时间短且线程数需求变化较大。
| SingleThreadExecutor | 创建一个只有单个线程的线程池 |
- 只有一个线程处理任务，任务会按照提交顺序依次执行。
- 适用于需要保证任务按顺序执行的场景，或者不需要并发处理任务的情况。
| ScheduledThreadPool | 支持定时任务和周期性任务的线程池 |
- 可以定时或以固定频率执行任务，线程池大小可以由用户指定。
- 适用于需要周期性任务执行的场景，如定时任务调度器。
| WorkStealingPool | 基于任务窃取算法的线程池。 |
- 线程池中的每个线程维护一个双端队列（deque），线程可以从自己的队列中取任务执行。
- 如果线程的任务队列为空，它可以从其他线程的队列中“窃取”任务来执行，达到负载均衡的效果。
- 适合大量小任务并行执行，特别是递归算法或大任务分解成小任务的场景。
不同线程池的选择总结
| FixedThreadPool | 适合任务数量相对固定，且需要限制线程数的场景，避免线程过多占用系统资源。 |
| CachedThreadPool | 更适合大量短期任务或任务数量不确定的场景，能够根据任务量动态调整线程数。 |
| SingleThreadExecutor | 保证任务按顺序执行，适合要求严格顺序执行的场景。 |
| ScheduledThreadPool | 是定时任务的最佳选择，能够轻松实现周期性任务调度。 |
|
WorkStealingPool | 适合处理大量的小任务，能更好地利用CPU资源。 |
3. Executors
为了简化线程池的使用步骤， Java标准库提供了另一组类 Executors，针对ThreadPoolExecutor进行了进一步封装，Executors 也是基于工厂设计模式实现的类。
最主要的是上面两种方法
| newFixedThreadPool | 创建一个固定线程数量的线程池（核心线程数和最大线程数一样） |
| newCachedThreadPool() | 最大线程数是一个很大的数字（线程数可以无限增加） |
使用案例
(1) newFixedThreadPool
(2) newCachedThreadPool()
值得一提
- 两个线程池完成打印任务后，都不会马上终止进程，而是停留一段时间，直到确认工作队列中没有新的任务需要执行，进程才会结束；
- Executors 的线程数目，拒绝策略等信息都是隐式的，可能不好控制，所以更推荐 ThreadPoolExecutor 来创建线程池。
4. 模拟实现一个固定线程个数的线程池
核心操作为submit()，将任务加入线程池中
使用Worker类描述一个工作线程，使用Runnable 描述一个任务.
使用一个 BlockingQueue组织所有的任务
每个worker线程要做的事情：不停的从BlockingQueue中取任务并执行
指定一下线程池中的最大线程数maxWorkerCount，如果当前线程数超过这个最大值时，就不再新增线程了；
原文地址：https://blog.csdn.net/2402_84916296/article/details/143832247
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