線程池，你會用嗎？（沒有做到精通的請進）
在Java并發編程領域，線程池是一種至關重要的工具，它能顯著提升應用程序的性能與資源管理效率。通過復用線程，線程池避免了頻繁創建和銷毀線程所帶來的開銷。在本教程中，我們將深入探討Java和Guava庫中線程池的使用。
一、Java中的線程池
（一）Executor框架
Java的java.util.concurrent包提供了Executor框架，這是管理線程池的核心。
Executor接口是該框架的基礎，它定義了一個簡單的方法execute(Runnable task)，用于提交任務執行。
Executor接口本身并不直接管理線程，而是將任務的執行委托給實現類。
（二）ExecutorService
ExecutorService接口擴展了Executor接口，提供了更豐富的功能，用于管理線程池的生命周期以及任務的提交與執行。它包含了啟動、關閉線程池的方法，以及提交任務并獲取執行結果的方法。
2.1 創建線程池
在Java中，我們可以使用Executors類的靜態方法來創建不同類型的線程池：
- FixedThreadPool：創建一個固定大小的線程池，線程池中的線程數量在創建時就被確定，并且不會改變。如果提交的任務數量超過了線程池的容量，任務將被放入隊列中等待執行。
ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(5);- CachedThreadPool：創建一個可緩存的線程池，如果線程池中的線程在一段時間內沒有被使用，它們將被回收。如果提交的任務數量超過了當前線程池中的線程數量，新的線程將被創建。
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();- SingleThreadExecutor：創建一個單線程的線程池，它只使用一個線程來執行任務。所有提交的任務將按照順序依次執行。
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();- ScheduledThreadPool：創建一個支持定時及周期性任務執行的線程池。可以安排任務在指定的延遲后執行，或者定期重復執行。
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(3);2.2 提交任務
一旦創建了線程池，我們可以使用submit方法提交任務。submit方法有多種重載形式，可接受Runnable或Callable任務，并返回Future對象，通過Future對象可以獲取任務的執行結果。
Future<Integer> future = fixedThreadPool.submit(() -> {
// 執行任務并返回結果
return 42;
});
try {
Integer result = future.get();
System.out.println("任務執行結果: " + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}2.3 關閉線程池
在應用程序結束時，我們需要正確關閉線程池，以確保所有任務都能正常完成，并釋放資源。ExecutorService提供了shutdown和shutdownNow方法來實現這一點。
- shutdown：啟動一個有序關閉過程，不再接受新任務，但會繼續執行已提交的任務。
fixedThreadPool.shutdown();- shutdownNow：嘗試停止所有正在執行的任務，停止等待任務的處理，并返回等待執行的任務列表。
List<Runnable> tasks = fixedThreadPool.shutdownNow();（三）示例：使用線程池進行并行計算
假設我們有一個簡單的任務，需要計算一組數字的平方。我們可以使用線程池來并行執行這些計算，以提高效率。
public class ThreadPoolExample {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
List<Future<Integer>> futures = new ArrayList<>();
List<Integer> numbers = List.of(1, 2, 3, 4, 5);
for (int number : numbers) {
Future<Integer> future = executorService.submit(() -> number * number);
futures.add(future);
}
executorService.shutdown();
for (Future<Integer> future : futures) {
try {
System.out.println("平方結果: " + future.get());
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}運行結果是：
平方結果: 1
平方結果: 4
平方結果: 9
平方結果: 16
平方結果: 25二、Guava中的線程池
Guava庫提供了ListeningExecutorService接口，它擴展了ExecutorService，并提供了更方便的異步任務處理方式。ListeningExecutorService允許我們注冊監聽器，以便在任務完成時得到通知。
（一）創建ListeningExecutorService
在Guava中，我們可以使用MoreExecutors類的靜態方法來創建ListeningExecutorService。例如，我們可以將一個普通的ExecutorService包裝成ListeningExecutorService：
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);
ListeningExecutorService listeningExecutorService = MoreExecutors.listeningDecorator(executorService);（二）提交任務并注冊監聽器
提交任務后，我們可以使用Futures.addCallback方法注冊一個回調，當任務完成時，回調的onSuccess或onFailure方法將被調用。
Future<Integer> future = listeningExecutorService.submit(() -> {
// 執行任務并返回結果
return 42;
});
Futures.addCallback(future, new FutureCallback<Integer>() {
@Override
public void onSuccess(Integer result) {
System.out.println("任務成功執行，結果: " + result);
}
@Override
public void onFailure(Throwable t) {
System.out.println("任務執行失敗: " + t.getMessage());
}
});（三）示例：使用Guava線程池進行異步任務處理
以下是一個完整的示例，展示如何使用Guava的線程池進行異步任務處理，并注冊監聽器來處理任務結果。
public class GuavaThreadPoolExample {
public static void main(String[] args) {
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
ListeningExecutorService listeningExecutorService = MoreExecutors.listeningDecorator(executorService);
ListenableFuture<Integer> future = listeningExecutorService.submit(() -> {
// 模擬任務執行
Thread.sleep(2000);
return 42;
});
final ExecutorService callbackExecutor = Executors.newFixedThreadPool(3);
Futures.addCallback(future, new FutureCallback<Integer>() {
@Override
public void onSuccess(Integer result) {
System.out.println("任務成功執行，結果: " + result);
callbackExecutor.shutdown();
}
@Override
public void onFailure(Throwable t) {
System.out.println("任務執行失敗: " + t.getMessage());
callbackExecutor.shutdown();
}
}, callbackExecutor);
// 關閉線程池
executorService.shutdown();
}
}運行結果是：
任務成功執行，結果: 42三、補充
補充一下Executors的工廠方法：
方法 | 描述 | 適用場景 |
| 創建一個可緩存的線程池。如果線程池的當前線程數超過了處理需求，則會回收空閑線程；如果需求增加，則可以添加新線程。 | 執行大量短期異步任務 |
| 創建一個固定大小的線程池。線程池中的線程數量固定，如果所有線程都在忙，新的任務會在隊列中等待。 | 負載較重且任務量穩定的場景 |
| 創建一個支持定時及周期性任務執行的線程池。可以調度命令在給定的延遲后運行，或定期執行。 | 需要定時執行任務的場景 |
| 創建一個單線程化的線程池。確保所有任務按照指定順序（FIFO, LIFO, 優先級）執行。 | 需要保證任務順序執行的場景 |
| 創建一個單線程的定時任務執行器。支持定時及周期性任務執行。 | 需要單線程執行定時任務的場景 |
| 創建一個為每個任務創建新線程的執行器。每個任務都會啟動一個新的線程來執行。 | 任務之間完全獨立且不需要復用線程的場景 |
| 創建一個為每個任務創建虛擬線程的執行器。虛擬線程是輕量級線程，適用于高并發場景。 | 需要高并發且任務量大的場景 |
| 創建一個工作竊取線程池。使用 ForkJoinPool 實現，線程池中的線程會主動“竊取”其他線程的任務來執行，提高 CPU 利用率。 | 計算密集型任務，可以充分利用多核處理器的優勢 |
文末總結
線程池是Java并發編程中的重要工具，無論是Java原生的Executor框架還是Guava庫提供的擴展，都為我們提供了強大的異步任務處理能力。通過合理使用線程池，我們可以有效提高應用程序的性能和資源利用率。在實際應用中，根據具體需求選擇合適的線程池類型和使用方式至關重要。
