我会手动创建线程，为什么让我使用线程池？

不念不忘少年蓝@ 2023-09-24 19:34 11阅读 0赞

现实中，你也许听过或者被要求：

> 尽量避免手动创建线程，应使用线程池统一管理线程

为什么会有这样的要求？背后的道理又是怎样的呢？顺着这个经验理论来推断，那肯定是手动创建线程有缺点

## 手动创建线程有什么缺点？ ##

1.  不受控风险
2.  频繁创建开销大

### 不受控风险 ###

这个缺点，相信你也可以说出一二

系统资源有限，每个人针对不同业务都可以手动创建线程，并且创建标准不一样（比如线程没有名字）。当系统运行起来，所有线程都在疯狂抢占资源，无组织无纪律，混乱场面可想而知（出现问题，自然也就不可能轻易的发现和解决）

![1c7ba30a81ee51766f91f5c573b577e5.gif][]

如果有位神奇的小伙伴，为每个请求都创建一个线程，当大量请求铺面而来的时候，这好比一个正规木马程序，内存被无情榨干耗尽（你无情，你冷酷，你无理取闹）

![e04f0f9515b87b5b744ca1741afbe422.png][]

另外，过多的线程自然也会引起上下文切换的开销

总的来说，不受控风险很大

### 频繁创建开销大 ###

> **面试问：**频繁手动创建线程有什么问题？
> 
> 答：开销大

这貌似是一个不假思索就可以回答出来的正确答案。那我要继续问了

> **面试官：**创建一个线程干了什么就开销大了？和我们创建一个普通 Java 对象有什么差别？
> 
> **答：**... 嗯...啊

按照常规理解 new Thread() 创建一个线程和 new Object() 没有什么差别。Java中万物接对象，因为 Thread 的老祖宗也是 Object

如果你真是这么理解的，说明你对线程的生命周期还不是很理解，请回看之前的 [Java线程生命周期这样理解挺简单的][Java]

在这篇文章中我们明确说明，new Thread() 在操作系统层面并没有创建新的线程，这是编程语言特有的。真正转换为操作系统层面创建一个线程，还要调用操作系统内核的API，然后操作系统要为该线程分配一系列的资源

废话不多说，我们将二者做个对比：

![793090ff8549943b55ebbd5450e8a832.png][]

new Object() 过程

Object obj = new Object();

当我需要【对象】时，我就会给自己 new 一个（不知你是否和我一样），这个过程你应该很熟悉了：

1.  分配一块内存 M
2.  在内存 M 上初始化该对象
3.  将内存 M 的地址赋值给引用变量 obj

就是这么简单

创建一个线程的过程

上面已经提到了，创建一个线程还要调用操作系统内核API。为了更好的理解创建并启动一个线程的开销，我们需要看看 JVM 在背后帮我们做了哪些事情：

1.  它为一个线程栈分配内存，该栈为每个线程方法调用保存一个栈帧
2.  每一栈帧由一个局部变量数组、返回值、操作数堆栈和常量池组成
3.  一些支持本机方法的 jvm 也会分配一个本机堆栈
4.  每个线程获得一个程序计数器，告诉它当前处理器执行的指令是什么
5.  系统创建一个与Java线程对应的本机线程
6.  将与线程相关的描述符添加到JVM内部数据结构中
7.  线程共享堆和方法区域

这段描述稍稍有点抽象，用数据来说明创建一个线程（即便不干什么）需要多大空间呢？答案是大约 `1M` 左右

java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:NativeMemoryTracking=summary -XX:+PrintNMTStatistics -version

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上图是我用 Java8 的测试结果，19个线程，预留和提交的大概都是19000+KB，平均每个线程大概需要 1M 左右的大小（Java11的结果完全不同，这个大家自行测试吧）

相信到这里你已经明白了，对于性能要求严苛的现在，频繁手动创建/销毁线程的代价是非常巨大的，解决方案自然也是你知道的线程池了

## 什么是线程池？ ##

你常见的数据库连接池，实例池，还有XX池，OO池，各种池，都是一种池化（pooling）思想，**简而言之就是为了最大化收益，并最小化风险，将资源统一在一起管理的思想**

Java 也提供了它自己实现的线程池模型—— `ThreadPoolExecutor`。套用上面池化的想象来说，Java线程池就是为了最大化高并发带来的性能提升，并最小化手动创建线程的风险，将多个线程统一在一起管理的思想

为了了解这个管理思想，我们当前只需要关注 `ThreadPoolExecutor` 构造方法就可以了

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                                  int maximumPoolSize,
                                  long keepAliveTime,
                                  TimeUnit unit,
                                  BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                                  ThreadFactory threadFactory,
                                  RejectedExecutionHandler handler) {
            if (corePoolSize < 0 ||
                maximumPoolSize <= 0 ||
                maximumPoolSize < corePoolSize ||
                keepAliveTime < 0)
                throw new IllegalArgumentException();
            if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
                throw new NullPointerException();
            this.acc = System.getSecurityManager() == null ?
                    null :
                    AccessController.getContext();
            this.corePoolSize = corePoolSize;
            this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
            this.workQueue = workQueue;
            this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
            this.threadFactory = threadFactory;
            this.handler = handler;
    }

这么复杂的构造方法在JDK中还真是不多见，为了个更形象化的让大家理解这几个核心参数，我们以多数人都经历过的春运（北京——上海）来说明**（表格有变动，请阅读原文）**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>序号</th> 
   <th>参数名称</th> 
   <th>参数解释</th> 
   <th>春运形象说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>corePoolSize</td> 
   <td>表示常驻核心线程数，如果大于0，即使本地任务执行完也不会被销毁</td> 
   <td>日常固定的列车数辆（不管是不是春运，都要有固定这些车次运行）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>maximumPoolSize</td> 
   <td>表示线程池能够容纳可同时执行的最大线程数</td> 
   <td>春运客流量大，临时加车，加车后，总列车次数不能超过这个最大值，否则就会出现调度不开等问题</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3</td> 
   <td>keepAliveTime</td> 
   <td>表示线程池中线程空闲的时间，当空闲时间达到该值时，线程会被销毁，只剩下&nbsp;<code>corePoolSize</code>&nbsp;个线程位置</td> 
   <td>春运压力过后，临时的加车（如果空闲时间超过<code>keepAliveTime</code>）就会被撤掉，只保留日常固定的列车车次数量用于日常运营</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4</td> 
   <td>unit</td> 
   <td><code>keepAliveTime</code>&nbsp;的时间单位，最终都会转换成【纳秒】，因为CPU的执行速度杠杠滴</td> 
   <td><code>keepAliveTime</code>&nbsp;的单位，春运以【天】为计算单位</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>5</td> 
   <td>workQueue</td> 
   <td>当请求的线程数大于&nbsp;<code>maximumPoolSize</code>&nbsp;时，线程进入该阻塞队列</td> 
   <td>春运压力异常大，即便加车后（达到<code>maximumPoolSize</code>）也不能满足要求，所有乘坐请求都会进入该阻塞队列中排队</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>6</td> 
   <td>threadFactory</td> 
   <td>顾名思义，线程工厂，用来生产一组相同任务的线程，同时也可以通过它增加前缀名，虚拟机栈分析时更清晰</td> 
   <td>比如（北京——上海）就属于该段列车所有前缀，表明列车运输职责</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>7</td> 
   <td>handler</td> 
   <td>执行拒绝策略，当&nbsp;<code>workQueue</code>&nbsp;达到上限，就要通过这个来处理，比如拒绝，丢弃等，这是一种限流的保护措施</td> 
   <td>当<code>workQueue</code>排队也达到队列最大上线，就要提示无票等拒绝策略了,因为我们不能加车了，当前所有车次已经满负载</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

试想，如果有请求就新建一趟列车，请求结束就“销毁”这趟列车，频繁往复这样操作，这样的代价肯定是不能接受的。

可以看到，使用线程池不但能完成手动创建线程可以做到的工作，同时也填补了手动线程不能做到的空白。归纳起来说，线程池的作用包括：

1.  利用线程池管理并服用线程，控制最大并发数（手动创建线程很难得到保证）
2.  实现任务线程队列缓存策略和拒绝机制
3.  实现某些与实践相关的功能，如定时执行，周期执行等（比如列车指定时间运行）
4.  隔离线程环境，比如，交易服务和搜索服务在同一台服务器上，分别开启两个线程池，交易线程的资源消耗明显要大。因此，通过配置独立的线程池，将较慢的交易服务与搜索服务个离开，避免个服务线程互相影响

相信到这里，你已经了解线程池的基本思想了，在使用过程中还是有几个注意事项要说明一下的

## 线程池使用思想/注意事项 ##

### 不能忽略的线程池拒绝策略 ###

我们很难准确的预测未来的最大并发量，所以定制合理的拒绝策略是必不可少的步骤。默认情况， ThreadPoolExecutor 提供了四种拒绝策略：

![4c52e3a051094f21e030e66be73a5d38.png][]

1.  AbortPolicy：默认的拒绝策略，会 throw RejectedExecutionException 拒绝
2.  CallerRunsPolicy：提交任务的线程自己去执行该任务
3.  DiscardOldestPolicy：丢弃最老的任务，其实就是把最早进入工作队列的任务丢弃，然后把新任务加入到工作队列
4.  DiscardPolicy：相当大胆的策略，直接丢弃任务，没有任何异常抛出

不同的框架（Netty，Dubbo）都有不同的拒绝策略，我们也可以通过实现 `RejectedExecutionHandler` 自定义的拒绝策略

对于采用何种策略，具体要看执行的任务重要程度。如果是一些不重要任务，可以选择直接丢弃；如果是重要任务，可以采用降级（所谓降级就是在服务无法正常提供功能的情况下，采取的补救措施。具体采用何种降级手段，这也是要看具体场景）处理，例如将任务信息插入数据库或者消息队列，启用一个专门用作补偿的线程池去进行补偿

没有绝对的拒绝策略，只有适合那一个，但在设计过程中千万不要忽略掉拒绝策略就可以

### 禁止使用Executors创建线程池 ###

相信很多人都看到过这个问题（阿里巴巴Java开发手册说明禁止使用 Executors 创建线程池），我把出处（P247）截图在此：

![baafa2054560bd08ec76e34b63601f8d.jpeg][]

Executors 大大的简化了我们创建各种类型线程池的方式，为什么还不让使用呢？

其实，只要你打开看看它的静态方法参数就会明白了

![324665d4ca2415a5c5d3438137cc3a5c.png][]

传入的workQueue 是一个边界为 `Integer.MAX_VALUE` 队列，我们也可以变相的称之为无界队列了，因为边界太大了，这么大的等待队列也是非常消耗内存的

/**
     * Creates a {@code LinkedBlockingQueue} with a capacity of
     * {@link Integer#MAX_VALUE}.
     */
    public LinkedBlockingQueue() {
      this(Integer.MAX_VALUE);
    }

另外该 ThreadPoolExecutor方法使用的是默认拒绝策略（直接拒绝），但并不是所有业务场景都适合使用这个策略，当很重要的请求过来直接选择拒绝显然是不合适的

![2c6b5ae588884200c3f611611f11916f.png][]

总的来说，使用 Executors 创建的线程池太过于理想化，并不能满足很多现实中的业务场景，所以要求我们通过 ThreadPoolExecutor来创建，并传入合适的参数

## 总结 ##

当我们需要频繁的创建线程时，我们要考虑到通过线程池统一管理线程资源，避免不可控风险以及额外的开销

了解了线程池的几个核心参数概念后，我们也需要经过调优的过程来设置最佳线程参数值（这个过程时必不可少的）

线程池虽然弥补了手动创建线程的缺陷和空白，同时，合理的降级策略能大大增加系统的稳定性

阿里巴巴手册都是前辈们无数填坑后总结的精华，你也应该遵守相应的指示，结合自己的实际业务场景，设定合适的参数来创建线程池

## 灵魂追问 ##

1.  我们说了这么多线程池的好，那使用线程池有哪些缺点或限制呢？
2.  为什么不建议所有业务共用一个线程池？有什么缺点？
3.  给线程池设置指定前缀，有哪些方式？

[1c7ba30a81ee51766f91f5c573b577e5.gif]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/1c7ba30a81ee51766f91f5c573b577e5.gif
[e04f0f9515b87b5b744ca1741afbe422.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/e04f0f9515b87b5b744ca1741afbe422.png
[Java]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg3NjIxMjA1Ng==&mid=2247484174&idx=1&sn=622c18a79fa77a9cbe9c66fe6f540288&chksm=cf34f939f843702f0e108da75d2bad71a02c32de653a766c49bd578d2ea6226c0b0b2af52429&scene=21#wechat_redirect
[793090ff8549943b55ebbd5450e8a832.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/793090ff8549943b55ebbd5450e8a832.png
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[4c52e3a051094f21e030e66be73a5d38.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/4c52e3a051094f21e030e66be73a5d38.png
[baafa2054560bd08ec76e34b63601f8d.jpeg]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/baafa2054560bd08ec76e34b63601f8d.jpeg
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