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1. スレッドプールとは何ですか?
2. スレッドプールの分類
3. スレッドプールの使用
4. ThreadPoolExecutorの詳細説明

1. スレッドプールとは何ですか?

スレッドプール (ThreadPool) は、プーリングのアイデアに基づいてスレッドを管理および使用するためのメカニズムです。複数のスレッドをあらかじめ「プール」に格納しておき、タスク発生時にスレッドの再作成や破棄によるパフォーマンスのオーバーヘッドを回避し、該当するスレッドを「プール」から取り出すだけでタスクを実行できます。。

池化思想在计算机的应用也比较广泛，比如以下这些：

メモリプーリング: メモリを事前に適用し、メモリアプリケーションの速度を向上させ、メモリの断片化を軽減します。

接続プーリング: データベース接続を事前に申請することで、接続の申請速度が向上し、システムのオーバーヘッドが削減されます。

オブジェクトプーリング: オブジェクトをリサイクルして、初期化および解放時のコストのかかるリソースの損失を削減します。

线程池的优势主要体现在以下 4 点：

リソース消費の削減: プーリングテクノロジを通じて作成されたスレッドを再利用し、スレッドの作成と破棄によって生じる損失を削減します。

応答性の向上: タスクが到着すると、スレッドの作成を待たずにすぐに実行されます。

スレッドの管理性の向上: スレッドは希少なリソースであるため、無制限に作成するとシステムリソースを消費するだけでなく、スレッドの不合理な分散によるリソーススケジューリングの不均衡を引き起こし、システムの安定性が低下します。スレッドプールを使用して、統合された割り当て、チューニング、監視を行います。

より強力な機能を提供: スレッドプールはスケーラブルであるため、開発者はより多くの機能を追加できます。たとえば、遅延タイミングスレッドプール ScheduledThreadPoolExecutor を使用すると、タスクを延期したり定期的に実行したりできます。

同时阿里巴巴在其《Java开发手册》中也强制规定：线程资源必须通过线程池提供，不允许在应用中自行显式创建线程。

説明: スレッドプールの利点は、スレッドの作成と破棄にかかる時間とシステムリソースのオーバーヘッドを削減し、リソース不足の問題を解決することです。

スレッドプールを使用しない場合、システムが同じタイプのスレッドを多数作成し、メモリの消費または「オーバースイッチング」が発生する可能性があります。

スレッドプールとは何か、スレッドプールを使用する理由を理解した後、スレッドプールの使用方法を見てみましょう。

2. スレッドプールの分類

スレッドプールを作成するには 7 つの方法がありますが、一般に次の 2 つのカテゴリに分類できます。
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Executors.newFixedThreadPool: 同時スレッドの数を制御できる固定サイズのスレッドプールを作成します。過剰なスレッドはキュー内で待機します。
Executors.newCachedThreadPool: キャッシュ可能なスレッドプールを作成します。スレッドの数が処理要件を超える場合、キャッシュは一定期間後にリサイクルされます。スレッドの数が十分でない場合は、新しいスレッドが作成されます。
Executors.newSingleThreadExecutor: 単一のスレッド数でスレッドプールを作成します。これにより、先入れ先出しの実行順序が保証されます。
Executors.newScheduledThreadPool: 遅延タスクを実行できるスレッドプールを作成します。
Executors.newSingleThreadScheduledExecutor: 遅延タスクを実行できるシングルスレッドスレッドプールを作成します。
Executors.newWorkStealingPool: プリエンプティブ実行用のスレッドプールを作成します (タスクの実行順序は不確かです) [JDK 1.8 追加]。
ThreadPoolExecutor: スレッドプールを作成する最も原始的な方法で、設定用の 7 つのパラメーターが含まれています。これについては後で詳しく説明します。

次に、各スレッドプール作成の具体的な使用方法を見てみましょう。

3. スレッドプールの使用

固定スレッドプール
固定サイズのスレッドプールを作成すると、同時スレッドの数を制御でき、超過したスレッドはキューで待機します。

public static void fixedThreadPool() {
    
    
    // 创建线程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(2);
    // 执行任务
    threadPool.execute(() -> {
    
    
        System.out.println("任务被执行,线程:" + Thread.currentThread().getName());
    });
}

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キャッシュされたスレッドプール
キャッシュ可能なスレッドプールを作成します。スレッドの数が処理要件を超える場合、キャッシュは一定期間後にリサイクルされます。スレッドの数が十分でない場合は、新しいスレッドが作成されます。

public static void cachedThreadPool() {
    
    
    // 创建线程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
    // 执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
        threadPool.execute(() -> {
    
    
            System.out.println("任务被执行,线程:" + Thread.currentThread().getName());
        });
    }
}

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シングルスレッドエグゼキュータ
単一のスレッド数でスレッドプールを作成します。これにより、先入れ先出しの実行順序が保証されます。

public static void singleThreadExecutor() {
    
    
    // 创建线程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadExecutor();
    // 执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
        final int index = i;
        threadPool.execute(() -> {
    
    
            System.out.println(index + ":任务被执行");
            try {
    
    
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
            }
        });
    }
}

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スケジュールされたスレッドプール
遅延タスクを実行できるスレッドプールを作成します。

public static void scheduledThreadPool() {
    
    
    // 创建线程池
    ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newScheduledThreadPool(5);
    // 添加定时执行任务(1s 后执行)
    System.out.println("添加任务,时间:" + new Date());
    threadPool.schedule(() -> {
    
    
        System.out.println("任务被执行,时间:" + new Date());
        try {
    
    
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
        }
    }, 1, TimeUnit.SECONDS);
}

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SingleThreadScheduledExecutor
遅延タスクを実行できるシングルスレッドのスレッドプールを作成します。

public static void SingleThreadScheduledExecutor() {
    
    
    // 创建线程池
    ScheduledExecutorService threadPool = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
    // 添加定时执行任务(2s 后执行)
    System.out.println("添加任务,时间:" + new Date());
    threadPool.schedule(() -> {
    
    
        System.out.println("任务被执行,时间:" + new Date());
        try {
    
    
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
    
    
        }
    }, 2, TimeUnit.SECONDS);
}

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新しい仕事盗むプール
プリエンプティブ実行用のスレッドプールを作成します (タスクの実行順序は不定です) この方法は、JDK 1.8 以降のバージョンでのみ使用できることに注意してください。

public static void workStealingPool() {
    
    
    // 创建线程池
    ExecutorService threadPool = Executors.newWorkStealingPool();
    // 执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
        final int index = i;
        threadPool.execute(() -> {
    
    
            System.out.println(index + " 被执行,线程名:" + Thread.currentThread().getName());
        });
    }
    // 确保任务执行完成
    while (!threadPool.isTerminated()) {
    
    
    }
}

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スレッドプールエグゼキュータ
スレッドプールを作成する最も原始的な方法で、設定用の 7 つのパラメーターが含まれています。

public static void myThreadPoolExecutor() {
    
    
    // 创建线程池
    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(5, 10, 100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
    // 执行任务
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
    
    
        final int index = i;
        threadPool.execute(() -> {
    
    
            System.out.println(index + " 被执行,线程名:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
    
    
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        });
    }
}

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4. ThreadPoolExecutorの詳細説明

上記の検討の後、スレッドプール全体についてもある程度理解できました。では、スレッドプールを選択するにはどうすればよいでしょうか?

Alibaba の「Java Development Manual」から得られた答えを見てみましょう。

[必須要件] スレッドプールは Executor を使用して作成することはできませんが、ThreadPoolExecutor を介して作成する必要があります。この処理方法により、書き込みを行う学生はスレッドプールの実行ルールをより明確にし、リソース枯渇のリスクを回避できます。

注: エグゼキュータによって返されるスレッドプールオブジェクトの欠点は次のとおりです。
1) FixedThreadPool および SingleThreadPool: 許可されるリクエストキューの長さは Integer.MAX_VALUE であり、大量のリクエストが蓄積され、OOM が発生する可能性があります。
2) CachedThreadPool: 作成できるスレッドの数は Integer.MAX_VALUE です。これにより、多数のスレッドが作成され、OOM が発生する可能性があります。

要約すると、ThreadPoolExecutor メソッドを使用してスレッドプールを作成することをお勧めします。この作成方法はより制御しやすく、スレッドプールの実行ルールが明確になり、未知のリスクを回避できるからです。

ThreadPoolExecutor パラメータの概要

 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                           int maximumPoolSize,
                           long keepAliveTime,
                           TimeUnit unit,
                           BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                           ThreadFactory threadFactory,
                           RejectedExecutionHandler handler) {
    
    
 }

参数 1：corePoolSize
コアスレッドの数、つまりスレッドプール内で常に稼働しているスレッドの数。

参数 2：maximumPoolSize
スレッドの最大数、スレッドプールで許可されるスレッドの最大数、およびスレッドプールのタスクキューがいっぱいの場合に作成できるスレッドの最大数。

参数 3：keepAliveTime
存続できるスレッドの最大数は、スレッド内でタスクの実行がない場合、最大数のスレッドによってスレッドの一部が破棄され、最終的にコアスレッドの数が維持されます。

参数 4：unit:
この単位は、スレッドの生存時間を設定するために一緒に使用されるパラメーター 3 の生存時間と組み合わせて使用されます。パラメーター keepAliveTime の時間単位には、次の 7 つのオプションがあります。

TimeUnit.DAYS：天
TimeUnit.HOURS：小时
TimeUnit.MINUTES：分
TimeUnit.SECONDS：秒
TimeUnit.MILLISECONDS：毫秒
TimeUnit.MICROSECONDS：微妙
TimeUnit.NANOSECONDS：纳秒

参数 5：workQueue
スレッドプールによる実行を待機しているタスクを格納するために使用されるブロッキングキューは、スレッドセーフです。これには次の 7 つのタイプが含まれます: より一般的に使用されるものは LinkedBlockingQueue と同期、およびスレッドプールのキュー戦略ですBlockingQueue に関連しています。

ArrayBlockingQueue：一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
LinkedBlockingQueue：一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
SynchronousQueue：一个不存储元素的阻塞队列，即直接提交给线程不保持它们。
PriorityBlockingQueue：一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
DelayQueue：一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素。
LinkedTransferQueue：一个由链表结构组成的无界阻塞队列。与SynchronousQueue类似，还含有非阻塞方法。
LinkedBlockingDeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

参数 6：threadFactory
スレッドファクトリは主にスレッドの作成に使用され、デフォルトでは通常の優先順位の非デーモンスレッドになります。

参数 7：handler
拒否ポリシー、タスクを拒否するときのポリシー、システムは 4 つのオプションを提供します。デフォルトのポリシーは AbortPolicy です。

AbortPolicy：拒绝并抛出异常。
CallerRunsPolicy：使用当前调用的线程来执行此任务。
DiscardOldestPolicy：抛弃队列头部（最旧）的一个任务，并执行当前任务。
DiscardPolicy：忽略并抛弃当前任务。

ThreadPoolExecutor実行処理
ThreadPoolExecutor の主要ノードの実行フローは次のとおりです。

スレッド数がコアスレッド数より少ない場合にスレッドを作成します。
スレッド数がコアスレッド数以上で、タスクキューが満杯でない場合、タスクをタスクキューに入れます。
スレッド数がコアスレッド数以上でタスクキューがいっぱいの場合: スレッド数が最大スレッド数未満の場合はスレッドを作成し、スレッド数がコアスレッド数と等しい場合はスレッドを作成します。スレッドの最大数を指定すると、例外がスローされ、タスクが拒否されます。

ThreadPoolExecutor のカスタム拒否戦略

public static void main(String[] args) {
    
    
    // 任务的具体方法
    Runnable runnable = new Runnable() {
    
    
        @Override
        public void run() {
    
    
            System.out.println("当前任务被执行,执行时间:" + new Date() +
                               " 执行线程:" + Thread.currentThread().getName());
            try {
    
    
                // 等待 1s
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
    
    
                e.printStackTrace();
            }
        }
    };
    // 创建线程,线程的任务队列的长度为 1
    ThreadPoolExecutor threadPool = new ThreadPoolExecutor(1, 1,
                                                           100, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1),
                                                           new RejectedExecutionHandler() {
    
    
                                                               @Override
                                                               public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
    
    
                                                                   // 执行自定义拒绝策略的相关操作
                                                                   System.out.println("我是自定义拒绝策略~");
                                                               }
                                                           });
    // 添加并执行 4 个任务
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
    threadPool.execute(runnable);
}

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