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线程池详解

线程池（ThreadPoolExecutor）通过复用线程、队列化任务、限制并发度来提升吞吐并避免频繁创建线程的开销，是服务端并发的“必备基础设施”。

为什么需要线程池？​

  • 创建销毁成本高：频繁 new Thread() 会触发内核调度与内存分配。
  • 资源可控：线程数不可无限增长，否则会触发 OOM 或导致上下文切换风暴。
  • 任务管理：线程池能统一应用链路的超时、降级、监控、优雅关闭。
  • 异步编排：配合 Future, CompletableFuture 构建异步流水线。

ThreadPoolExecutor 核心参数​

public ThreadPoolExecutor(
  int corePoolSize,
  int maximumPoolSize,
  long keepAliveTime,
  TimeUnit unit,
  BlockingQueue<Runnable> workQueue,
  ThreadFactory threadFactory,
  RejectedExecutionHandler handler)
参数作用设计建议
corePoolSize常驻线程数IO 密集型可设置为 CPU * 2，或按压测结果调优
maximumPoolSize最大线程数防止突发流量压垮系统，可配合熔断限流
workQueue任务队列有界队列可提供背压；SynchronousQueue 适合直接移交
keepAliveTime非核心线程闲置回收时间IO 场景可略高，CPU 场景可更短
threadFactory设定线程名、优先级、是否守护线程便于排查，推荐自定义命名
handler拒绝策略结合业务场景选择或自定义

常用队列：LinkedBlockingQueue（默认无界，谨慎）、ArrayBlockingQueue（有界）、SynchronousQueue（直通，高并发下触发扩容）。

任务调度流程​

  1. 线程数 < corePoolSize：直接创建新线程执行任务；
  2. 否则尝试入队 workQueue；
  3. 队列满且线程数 < maximumPoolSize：再创建非核心线程；
  4. 再次失败则触发拒绝策略。

拒绝策略​

  • AbortPolicy：抛 RejectedExecutionException，默认策略。
  • CallerRunsPolicy：调用者线程直接执行任务，提供自然的背压。
  • DiscardPolicy：悄然丢弃，需谨慎。
  • DiscardOldestPolicy：丢弃队头任务再尝试入队，可能导致任务饥饿。
  • 自定义策略：记录日志、降级响应、写入 MQ 重试等。

Executors 快捷工厂的坑​

工厂方法问题建议替代
newFixedThreadPool使用无界 LinkedBlockingQueue，任务堆积易 OOM显式 new ThreadPoolExecutor
newCachedThreadPool最大线程数 Integer.MAX_VALUE，高峰可能撑爆设定合理 maximumPoolSize
newScheduledThreadPool核心线程无上限回收，提交过多一次性任务会堆积JDK9+ 用 ScheduledThreadPoolExecutor + 自定义队列
newSingleThreadExecutor单线程一旦被阻塞，所有任务等待必要时用 ThreadPoolExecutor + 有界队列

面试常问：“为什么不建议直接使用 Executors？”——答：参数不可控，隐藏 OOM 风险。

自定义线程池示例​

ThreadPoolExecutor bizPool = new ThreadPoolExecutor(
    8,                         // core
    16,                        // max
    60, TimeUnit.SECONDS,      // keepAlive
    new ArrayBlockingQueue<>(2000), // 有界队列
    new ThreadFactoryBuilder()
        .setNameFormat("biz-worker-%d")
        .setUncaughtExceptionHandler((t, e) -> log.error("线程崩溃", e))
        .build(),
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy() // 背压
);

// 优雅关闭
bizPool.shutdown();
if (!bizPool.awaitTermination(30, TimeUnit.SECONDS)) {
  bizPool.shutdownNow();
}

监控与调优指标​

  • 线程池运行状态：getPoolSize, getActiveCount, getTaskCount, getCompletedTaskCount。
  • 队列长度：workQueue.size()，是观察积压的关键指标。
  • 拒绝次数：自定义 RejectedExecutionHandler 统计。
  • 任务耗时：在提交任务前后打点或使用 TimingThreadPool 装饰器。
  • 链路超时：线程池只是执行体，仍需配合业务超时控制（Future#get(timeout)）。

线程池拆分策略​

  • 按业务隔离：接口调用、异步 MQ、批任务各用一个线程池，避免互相拖垮。
  • 按 SLA 级别：核心链路线程池优先保留资源，低优任务可使用更小的池或降级。
  • 按请求类型：CPU 密集型与 IO 密集型配置不同，避免混用。
  • 按租户/用户：多租户系统可考虑限流 + 线程池隔离。

常见问题排查​

  • CPU 打满：检查是否提交了大量 CPU 计算任务，可通过 jstack 看活跃线程栈帧。
  • 任务堆积：观察队列长度与 activeCount，必要时扩容或开启降级逻辑。
  • 线程泄漏：忘记调用 shutdown，或线程池被频繁创建导致占满资源。
  • 拒绝策略频繁触发：说明系统已超容量，需扩容、限流或快速失败。

高频面试题​

  1. 如何估算线程池大小？
    CPU 密集型：CPU 核心数 + 1；IO 密集型：CPU 核心数 * (1 + 平均等待时间/平均计算时间)；最终以压测数据为准。

  2. 如何实现优先级线程池？
    使用 PriorityBlockingQueue 作为 workQueue，任务实现 Comparable 或自定义 Comparator。

  3. 如何动态调整线程池参数？
    调用 setCorePoolSize, setMaximumPoolSize, setKeepAliveTime 即可，可结合配置中心热更新。

  4. shutdown() 与 shutdownNow() 区别？
    shutdown() 进入平滑关闭状态，不再接收新任务但会完成已提交任务；shutdownNow() 尝试中断正在执行的任务并清空队列。

  5. 如何避免线程池中的任务丢失？

    • 任务入队失败时记录日志 / 写入补偿队列
    • 使用可靠消息（MQ）或持久化
    • 应用关闭前 awaitTermination，确保处理完成

最佳实践清单​

  • 明确线程池用途并按业务拆分。
  • 选择有界队列并评估容量。
  • 自定义 ThreadFactory，设置易读的线程名。
  • 结合监控平台暴露线程池指标。
  • 制定拒绝策略：重试、降级或快速失败。
  • 定期复盘压测数据，动态调参。

小结​

  • 线程池核心在于“控制与复用”：控制线程数量、任务堆积与失败策略，复用线程提升吞吐。
  • 切勿直接使用 Executors 默认工厂，显式构造可读、可控的 ThreadPoolExecutor。
  • 监控 + 限流 + 降级是线程池稳定运行的三件套。