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Java 線程池核心原理與 ThreadPoolExecutor 完整解析 (一)

編輯：Java 綜合教學

為何使用線程池？

降低資源消耗：重用已建立線程，減少創建/銷毀開銷。
提高響應速度：任務到達即執行，無需等待線程創建。
提高可管理性：統一分配、調優、監控，避免無限制創建導致系統不穩定。

線程池處理任務流程

線程池任務處理流程圖

判斷核心線程池是否有閒置線程 → 是則創建新線程執行；否則進入步驟 2。
判斷工作佇列是否已滿 → 未滿則任務入隊；已滿則進入步驟 3。
判斷最大線程數是否已達上限 → 未達則創建新線程；已達則交給拒絕策略處理。

ThreadPoolExecutor.execute() 四種情況

運行線程 < corePoolSize → 創建新線程 (需全域鎖)。
運行線程 ≥ corePoolSize → 任務入 BlockingQueue。
佇列已滿且線程 < maximumPoolSize → 創建新線程 (需全域鎖)。
線程數達 maximumPoolSize → 拒絕任務，調用 RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()。

ThreadPoolExecutor 執行流程圖

如何創建線程池？

// 固定大小 10 的線程池
new ThreadPoolExecutor(10, 10, 1, TimeUnit.DAYS, new LinkedBlockingQueue<>());

ThreadPoolExecutor 七大參數詳解

參數	說明
corePoolSize	核心線程數。任務提交時若運行線程少於此值，創建新線程。可用 `prestartAllCoreThreads()` 預先啟動。
maximumPoolSize	最大線程數。佇列滿時若未達此值，創建新線程。若使用無界佇列則此參數無效。
keepAliveTime	非核心線程閒置存活時間。任務多且耗時短可調大提高利用率。
TimeUnit	時間單位：天/時/分/秒/毫秒/微秒/奈秒。
workQueue	任務佇列。常用：`ArrayBlockingQueue`(有界)、`LinkedBlockingQueue`(無界、高吞吐)、`SynchronousQueue`(直接遞交)、`PriorityBlockingQueue`(優先級)。
ThreadFactory	線程創建工廠，可自定義線程名稱、優先級等。
RejectedExecutionHandler	拒絕策略。預設 `AbortPolicy` 拋異常；另有 `CallerRunsPolicy`、`DiscardPolicy`、`DiscardOldestPolicy`。

提交任務：execute() vs submit()

execute(Runnable)：無返回值，無法判斷執行成功與否。
submit(Callable)：返回 Future，可透過 get() 獲取結果或捕獲異常；get(timeout) 可設超時。

ExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(3);
executor.execute(() -> System.out.print("runnable"));
Future future = executor.submit(() -> "callable");
System.out.print(future.get()); // 阻塞直到完成

CompletionService：異步任務結果收集器

結合 Executor 與 BlockingQueue，誰先完成誰先返回，而非提交順序。

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(11);
BlockingQueue> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
CompletionService cs = new ExecutorCompletionService<>(executor, queue);

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    cs.submit(() -> { Thread.sleep(new Random().nextInt(10000)); return Thread.currentThread().getName(); });
}
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    System.out.println(cs.take().get()); // 取出已完成任務
}
executor.shutdown();