Java线程池-种类(Executors的用法)

简介

说明

线程池是Java多线程常用的技术，本文介绍线程池的种类，用示例介绍其用法。

常见线程池种类

种类	核心线程数	最大线程数	队列长度	描述
固定大小(fixed)	n	n（虽然有但实际不起作用）	无限
单个(single)	1	1	无限	只一个线程在工作，相当于单线程顺序串行执行所有任务。
定时(scheduled)	n	无限大	无限	周期性执行任务
缓存(cached)	0	无限大	0	动态增删线程数

创建的方法

方法	作用	说明	ThreadPoolExecutor参数
Executors.newFixed ThreadPool	创建固定大小的线程池。	提交一个任务创建一个线程，直到最大数。线程池数一旦达到最大值就会保持不变。若某线程因异常而结束，会有新线程替代。	nThreads, nThreads, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>() //nThreads是传进来的参数
Executors.newSingle ThreadExecutor	创建一个单线程的线程池。	只一个线程工作，相当于单线程串行执行。若此线程因异常而结束，会有新线程替代。保证任务的执行顺序按任务提交顺序执行。	1, 1, 0L, TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<Runnable>()
Executors.newScheduled ThreadPool	创建一个固定大小的定时线程池。	支持定时以及周期性执行任务的需求。	corePoolSize, Integer.MAX_VALUE, 0, NANOSECONDS, new DelayedWorkQueue() //corePoolSize是传进来的参数
Executors.newSingleThread ScheduledExecutor	创建一个单线程的定时线程池。	支持定时以及周期性执行任务的需求。	return new DelegatedScheduledExecutorService (newScheduledThreadPoolExecutor(1));
Executors.newCached ThreadPool	创建一个可缓存的线程池。	若线程池的数量超过了处理任务所需要的线程，就回收部分空闲（默认60秒不执行任务）的线程。当任务数增加时，此线程池又可以智能的添加新线程来处理任务。	0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS, new SynchronousQueue<Runnable>()

这些方法的返回值是ExecutorService对象，该对象表示一个线程池，可以执行Runnable对象或者Callable对象代表的线程。

固定大小(fixed)

简介

execute流程

对上图的说明如下。

如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建一个新线程来执行任务。
在线程池完成线程的创建之后，将任务加入Linked- BlockingQueue。
线程会在一个无限循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。

固定大小的线程池使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列（队列的容量为 Integer.MAX_VALUE）。使用无界队列作为工作队列会对线程池带来如下影响：

线程池中的线程数达到corePoolSize后，新任务将在无界队列中等待，因此线程池中的线程数不会超过corePoolSize。
由于1，使用无界队列时maximumPoolSize将是一个无效参数。
由于1和2，使用无界队列时keepAliveTime将是一个无效参数。
由于使用无界队列，运行中的FixedThreadPool（未执行方法shutdown()或 shutdownNow()）不会拒绝任务（不会调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution方法）。

实例

代码

package org.example.a;

import java.util.concurrent.*;

class MyTask implements Runnable {
    private int taskNum;

    public MyTask(int num) {
        this.taskNum = num;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + "正在执行task "+taskNum);
        try {
            Thread.currentThread().sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + "--执行task "+taskNum + " 完毕!!!");
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);

        for(int i=0;i<6;i++){
            MyTask myTask = new MyTask(i);
            executor.execute(myTask);
        }
        executor.shutdown();
    }
}

执行结果

pool-1-thread-2 正在执行task 1
pool-1-thread-3 正在执行task 2
pool-1-thread-1 正在执行task 0
pool-1-thread-3 --执行task 2 完毕!!!
pool-1-thread-3 正在执行task 3
pool-1-thread-2 --执行task 1 完毕!!!
pool-1-thread-2 正在执行task 4
pool-1-thread-1 --执行task 0 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 5
pool-1-thread-1 --执行task 5 完毕!!!
pool-1-thread-3 --执行task 3 完毕!!!
pool-1-thread-2 --执行task 4 完毕!!!

单个(single)

简介

execute流程

对上图的说明如下。

如果当前运行的线程数少于corePoolSize，则创建一个新线程来执行任务。
在线程池完线程的创建之后，将任务加入Linked- BlockingQueue。
线程会在一个无限循环中反复从LinkedBlockingQueue获取任务来执行。

实例

代码

package org.example.a;

import java.util.concurrent.*;

class MyTask implements Runnable {
    private int taskNum;

    public MyTask(int num) {
        this.taskNum = num;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + "正在执行task "+taskNum);
        try {
            Thread.currentThread().sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + "--执行task "+taskNum + " 完毕!!!");
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

        for(int i=0;i<6;i++){
            MyTask myTask = new MyTask(i);
            executor.execute(myTask);
        }
        executor.shutdown();
    }
}

执行结果

pool-1-thread-1 正在执行task 0
pool-1-thread-1 --执行task 0 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 1
pool-1-thread-1 --执行task 1 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 2
pool-1-thread-1 --执行task 2 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 3
pool-1-thread-1 --执行task 3 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 4
pool-1-thread-1 --执行task 4 完毕!!!
pool-1-thread-1 正在执行task 5
pool-1-thread-1 --执行task 5 完毕!!!

定时(scheduled)

简介

创建

ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
ScheduledThreadPoolExecutor executor = new ScheduledThreadPoolExecutor(1);
1. 此法获得的对象为ScheduledThreadPoolExecutor，它实现了ScheduledExecutorService，继承了ThreadPoolExecutor。所以，它比法1多了ThreadPoolExecutor的一些方法，例如：
  1. public boolean remove(Runnable task)
  2. public void purge()
  3. public int getActiveCount()

方法

方法	描述
schedule(Callable<V> callable, long delay, TimeUnit unit)	创建任务：在给定延迟后只执行一次。
schedule(Runnable command, long delay, TimeUnit unit)	创建任务：在给定延迟后只执行一次。
scheduleAtFixedRate(Runnable command, long initialDelay,long period, TimeUnitunit)	创建任务：固定周期执行。在 initialDelay 后开始执行，然后在initialDelay+period 后执行，接着在 initialDelay + 2 * period 后执行，依此类推。
scheduleWithFixedDelay(Runnable command, long initialDelay, long delay,TimeUnit unit)	创建任务：上个任务执行完后，固定周期执行。在 initialDelay 后开始执行，运行完后，延时period 后执行，执行完后，再延时 period 后执行，依此类推。

ScheduledThreadPoolExecutor与Timer对比

项	Timer	ScheduledThreadPoolExecutor
线程数量	单线程。单线程执行所有TimerTask，若某TimerTask任务执行时间比较久，会影响其他任务的调度执行。	多线程。重用线程池，某个ScheduledFutureTask任务执行的时间比较久，不会影响到其他任务的调度执行。
系统时间敏感度	对操作系统的时间敏感。基于操作系统的绝对时间，若操作系统的时间改变，则Timer的调度不再精确。	不受操作系统时间改变的影响。基于相对时间的，不受操作系统时间改变的影响。
是否捕获异常	不捕获TimerTask抛出的异常。加上Timer又是单线程的。一旦某个调度任务出现异常，则整个线程就终止，其他需要调度的任务也不再执行。	不捕获异常。基于线程池来实现调度功能，某个任务抛出异常后，其他任务仍能正常执行。
任务是否具备优先级	没有优先级。只是按照系统的绝对时间来执行任务。	有优先级。 ScheduledFutureTask类实现了java.lang.Comparable接口和java.util.concurrent.Delayed接口。Comparable#compareTo方法实现了任务的比较，距离下次执行的时间间隔短的任务会排在前面。而Delayed#getDelay方法：能够返回距离下次任务执行的时间间隔。
是否支持对任务排序	不支持对任务的排序。	支持。 ScheduledThreadPoolExecutor类中定义了一个静态内部类DelayedWorkQueue，它是一个有序队列，为需要调度的每个任务按照距离下次执行时间间隔的大小来排序
能否获取返回的结果	不能。 TimerTask类只是实现了java.lang.Runnable接口，无法从TimerTask中获取返回的结果。	能。 ScheduledFutureTask类继承了FutureTask类，能够通过Future来获取返回的结果。

实例(单定时)

示例1：（间隔时间（3s）大于任务的执行时间（1s））

package com.knife.example.controller;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.*;

class MyTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        try {
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
            System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + "正在执行task");
            Thread.currentThread().sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("--执行task " + " 完毕!!!");
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        executor.scheduleAtFixedRate(new MyTask(), 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
        // executor.scheduleWithFixedDelay(new MyTask(), 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
        //不能加这句
        //executor.shutdown();
    }
}

运行结果

scheduleAtFixedRate：可见，每3秒运行一次

09:21:38 正在执行task
--执行task  完毕!!!
09:21:41 正在执行task
--执行task  完毕!!!
09:21:44 正在执行task
--执行task  完毕!!!
09:21:47 正在执行task
--执行task  完毕!!!
09:21:50 正在执行task
--执行task  完毕!!!

scheduleWithFixedDelay：可见，每4秒运行一次

09:22:31 正在执行task
--执行task  完毕!!!
09:22:35 正在执行task
--执行task  完毕!!!
09:22:39 正在执行task
--执行task  完毕!!!

示例2 ：（间隔时间（3s）小于任务的执行时间（4s））

package org.example.a;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.*;

class MyTask implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        try {
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
            System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + "正在执行task");
            Thread.currentThread().sleep(4000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("--执行task " + " 完毕!!!");
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        executor.scheduleAtFixedDelay(new MyTask(), 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
        //executor.scheduleWithFixedDelay(new MyTask(), 0, 3, TimeUnit.SECONDS);
        //这句不要写
        //executor.shutdown();
    }
}

运行结果

scheduleAtFixedRate：可见，此时间隔时间失效，会以任务执行时间为准。上一个任务一结束就开始下一个任务

22:58:53 正在执行task
--执行task  完毕!!!
22:58:57 正在执行task
--执行task  完毕!!!
22:59:01 正在执行task
--执行task  完毕!!!
22:59:05 正在执行task
--执行task  完毕!!!
22:59:09 正在执行task
--执行task  完毕!!!

scheduleWithFixedRate：

23:08:31 正在执行task
--执行task  完毕!!!
23:08:38 正在执行task
--执行task  完毕!!!
23:08:45 正在执行task
--执行task  完毕!!!
23:08:52 正在执行task
--执行task  完毕!!!
23:08:59 正在执行task
--执行task  完毕!!!

异常处理

若程序中捕获了异常，则不影响下一个任务执行，若不捕获，则会影响下一个任务执行。

示例1：不捕获异常

package org.example.a;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.*;

class MyTask implements Runnable {
    int i = 0;
    int[] a = {1, 2, 3};
    @Override
    public void run() {
        SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
        System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + "正在执行task");
        System.out.println(a[i++]);
        System.out.println("-------------------执行task " + " 完毕!!!");
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        executor.scheduleWithFixedDelay(new MyTask(), 0, 1, TimeUnit.SECONDS);
        //这句不要写
        //executor.shutdown();
    }
}

运行结果（异常后，直接卡死）

23:15:28 正在执行task
1
-------------------执行task  完毕!!!
23:15:29 正在执行task
2
-------------------执行task  完毕!!!
23:15:30 正在执行task
3
-------------------执行task  完毕!!!
23:15:31 正在执行task

示例2：捕获异常

package org.example.a;

import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.*;

class MyTask implements Runnable {
    int i = 0;
    int[] a = {1, 2, 3};
    @Override
    public void run() {
        try {
            SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("HH:mm:ss");
            System.out.println(sdf.format(new Date()) + " " + "正在执行task");
            System.out.println(a[i++]);
            System.out.println("-------------------执行task " + " 完毕!!!");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        executor.scheduleWithFixedDelay(new MyTask(), 0, 1, TimeUnit.SECONDS);
        //这句不要写
        //executor.shutdown();
    }
}

执行结果（一直往下执行）

23:17:10 正在执行task
1
-------------------执行task  完毕!!!
23:17:11 正在执行task
2
-------------------执行task  完毕!!!
23:17:12 正在执行task
3
-------------------执行task  完毕!!!
23:17:13 正在执行task
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
	at org.example.a.MyTask.run(Demo.java:15)
	at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511)
	at java.util.concurrent.FutureTask.runAndReset(FutureTask.java:308)
	at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.access$301(ScheduledThreadPoolExecutor.java:180)
	at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.run(ScheduledThreadPoolExecutor.java:294)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
23:17:14 正在执行task
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 4
	at org.example.a.MyTask.run(Demo.java:15)
	at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511)
	at java.util.concurrent.FutureTask.runAndReset(FutureTask.java:308)
	at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.access$301(ScheduledThreadPoolExecutor.java:180)
	at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.run(ScheduledThreadPoolExecutor.java:294)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
23:17:15 正在执行task
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 5
	at org.example.a.MyTask.run(Demo.java:15)
	at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511)
	at java.util.concurrent.FutureTask.runAndReset(FutureTask.java:308)
	at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.access$301(ScheduledThreadPoolExecutor.java:180)
	at java.util.concurrent.ScheduledThreadPoolExecutor$ScheduledFutureTask.run(ScheduledThreadPoolExecutor.java:294)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1142)
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:617)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)

缓存(cached)

简介

CachedThreadPool是一个会根据需要创建新线程的线程池。下面是创建CachedThreadPool的源代码。

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {     
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE, 60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue());
}

CachedThreadPool的corePoolSize被设置为0，即corePool为空；maximumPoolSize被设置为 Integer.MAX_VALUE，即maximumPool是无界的。这里把keepAliveTime设置为60L，意味着 CachedThreadPool中的线程如果空闲（没有任务执行）超过60秒后将会被终止。

FixedThreadPool和SingleThreadExecutor使用无界队列LinkedBlockingQueue作为线程池的工作队列。CachedThreadPool使用没有容量的SynchronousQueue作为线程池的工作队列，但 CachedThreadPool的maximumPool是无界的。这意味着，如果主线程提交任务的速度高于线程处理任务的速度时，CachedThreadPool会不断创建新线程。极端情况下， CachedThreadPool会因为创建过多线程而耗尽CPU和内存资源。

详解

CachedThreadPool的execute流程

对上图的说明如下。

首先执行SynchronousQueue.offer(Runnable task)。如果当前maximumPool中有空闲线程正在执行 SynchronousQueue.poll(keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS)，那么主线程执行offer操作与空闲线程执行的poll操作配对成功，主线程把任务交给空闲线程执行，execute()方法执行完成；否则执行下面的步骤

当初始maximumPool为空，或者maximumPool中当前没有空闲线程时，将没有线程执行
SynchronousQueue.poll(keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS)。这种情况下，步骤（1）将失败。此时CachedThreadPool会创建一个新线程执行任务，execute()方法执行完成。

在步骤（2）中新创建的线程将任务执行完后，会执行 SynchronousQueue.poll(keepAliveTime，TimeUnit.NANOSECONDS)。这个poll操作会让空闲线程最多在SynchronousQueue中等待60秒钟。如果60秒钟内主线程提交了一个新任务（主线程执行步骤（1）），那么这个空闲线程将执行主线程提交的新任务；否则，这个空闲线程将终止。由于空闲60秒的空闲线程会被终止，因此长时间保持空闲的CachedThreadPool不会使用任何资源。

前面提到过，SynchronousQueue是一个没有容量的阻塞队列。每个插入操作必须等待另一个线程的对应移除操作，反之亦然。CachedThreadPool使用SynchronousQueue，把主线程提交的任务传递给空闲线程执行。CachedThreadPool中任务传递的示意图如图所示。

示例一中scheduleWithFixedRate应该是scheduleWithFixedDelay吧

beian 2024-09-13 0

谢谢指出，已修复
自学精灵 2024-09-14 0 回复

CachedThreadPool：优点：线程数量可以动态调整，适用于任务数量多且不需要固定线程数的场景。缺点：如果任务数量过多，会导致线程数激增，消耗大量系统资源。 FixedThreadPool：优点：线程数量固定，有利于避免因线程数过多造成的消耗。缺点：如果任务数量过多，可能导致队列中的任务积压，导致线程池无法及时处理任务。 SingleThreadExecutor：优点：仅有一个线程，有利于避免线程同步问题。缺点：仅有一个线程，如果该线程处理任务时间长，会影响任务的及时处理。 ScheduledThreadPool：优点：支持定时和周期性任务，适用于需要定期执行任务的场景。缺点：如果任务数量过多，可能导致队列中的任务积压，导致线程池无法及时处理任务。

华山栈道008 2023-12-07 10

网友评论

自学精灵 • 2024-09-18

对。匹配0个或多个，跟文中“匹配多个（可以是0个）”，是完全一样的描述。

来源：RabbitMQ的交换器类型与队列模式

这个其实就说了一种情况：REQUIRED级别调用REQUIRES_NEW级别，会回滚。只是用现有...

来源：Spring事务失效-原因/解决方案

Java线程池-种类(Executors的用法)

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单个(single)

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定时(scheduled)

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实例(单定时)

异常处理

缓存(cached)

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详解

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