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Java 線程池深度解析：ThreadPoolExecutor 核心參數、隊列選擇、拒絕策略與自定義擴展

編輯：Java 綜合教學

頻繁創建銷毀線程開銷大，線程池實現線程復用，java.util.concurrent.Executors 提供工廠方法，ThreadPoolExecutor 為核心實現。本文系統剖析其參數、隊列、拒絕策略、自定義與擴展機制。

Executors 快速上手

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5); // 固定 5 線程
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int no = i;
    executor.execute(() -> {
        System.out.println("into" + no);
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("end" + no);
    });
}
executor.shutdown(); // 禁止新任務，等待執行完畢

運行結果顯示任意時刻最多 5 線程並發，體現線程復用。

Executors 提供的四大線程池

方法	特點	適用場景
`newFixedThreadPool(n)`	核心=最大=n，無界隊列	長期任務，控制並發度
`newCachedThreadPool()`	核心 0，最大 Integer.MAX_VALUE，60s 空閒回收，同步隊列	大量短期異步任務
`newSingleThreadExecutor()`	單線程串行，無界隊列	順序執行任務
`newScheduledThreadPool(n)`	支持定時/周期任務	定時調度

ThreadPoolExecutor 七大核心參數

public ThreadPoolExecutor(
    int corePoolSize,      // 核心線程數
    int maximumPoolSize,   // 最大線程數
    long keepAliveTime,    // 非核心線程空閒存活時間
    TimeUnit unit,         // 時間單位
    BlockingQueue<Runnable> workQueue, // 任務隊列
    ThreadFactory threadFactory,       // 線程工廠
    RejectedExecutionHandler handler   // 拒絕策略
)

任務執行流程

線程數 < corePoolSize → 創建核心線程執行。
線程數 ≥ corePoolSize → 任務入隊 workQueue。
隊列滿且線程數 < maximumPoolSize → 創建非核心線程執行。
線程數 ≥ maximumPoolSize 且隊列滿 → handler 處理拒絕。
非核心線程空閒超過 keepAliveTime → 回收。

常用阻塞隊列選型

ArrayBlockingQueue：有界數組隊列，FIFO，固定大小。
LinkedBlockingQueue：無界鏈表隊列（默認），FIFO，FixedThreadPool 默認使用。
SynchronousQueue：零容量直接遞交隊列，CachedThreadPool 默認使用，生產者等待消費者。
PriorityBlockingQueue：優先級隊列，任務需實現 Comparable。

SynchronousQueue 示例：串行遞交

SynchronousQueue<String> sq = new SynchronousQueue<>();
Semaphore sem = new Semaphore(1); // 互斥鎖
// 10 消費者
for (int i=0;i<10;i++) new Thread(() -> {
    sem.acquire();
    String input = sq.take(); // 阻塞等待
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + TestDo.doSome(input));
    sem.release();
}).start();
// 10 生產者
for (int i=0;i<10;i++) sq.put(i + "");

輸出嚴格串行，前一任務結束後下一任務開始。

四大內置拒絕策略

自定義策略實現 RejectedExecutionHandler 接口，可記錄日志、報警、持久化等。

自定義線程池：參數化與封裝

ThreadPoolExecutor pool = new ThreadPoolExecutor(
    10, 30, 30, TimeUnit.MINUTES,
    new ArrayBlockingQueue<>(10),
    new CustomThreadFactory(),      // 命名前綴+原子計數
    new CustomRejectedHandler()     // 記錄/報警
);

擴展鉤子方法

beforeExecute(Thread t, Runnable r)：任務執行前，可記錄開始時間、設置上下文。
afterExecute(Runnable r, Throwable t)：任務執行後，可統計耗時、處理異常、清理資源。
terminated()：線程池完全終止時調用，可釋放全局資源。

源碼層級關係圖

Executor (interface)
  └── execute(Runnable)
ExecutorService (interface) extends Executor
  └── shutdown, submit, invokeAll...
AbstractExecutorService implements ExecutorService
  └── 模板方法實現 submit/invokeAll
ThreadPoolExecutor extends AbstractExecutorService
  └── 核心實現
Executors (工具類)
  └── 靜態工廠方法返回 ExecutorService

ExecutorService 生命週期

RUNNING：接受新任務，處理隊列任務。
SHUTDOWN：shutdown()，不接受新任務，處理隊列任務。
STOP：shutdownNow()，不接受新任務，嘗試中斷執行中任務，返回未處理任務列表。
TIDYING：所有任務終止，terminated() 執行完畢。
TERMINATED：最終狀態。

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欄目導航

策略	行為	適用場景
`AbortPolicy`	拋出 `RejectedExecutionException`	關鍵業務，不可丟失，需立即發現
`CallerRunsPolicy`	調用者線程直接執行任務	緩衝峰值，利用調用者資源
`DiscardPolicy`	默默丟棄任務	非關鍵、可容忍丟失
`DiscardOldestPolicy`	丟棄隊列頭部最老任務，重試提交	優先處理新任務