Java线程池中的各个参数如何合理设置

一、前言

在开发过程中，好多场景要用到线程池。每次都是自己根据业务场景来设置线程池中的各个参数。

这两天又有需求碰到了，索性总结一下方便以后再遇到可以直接看着用。

虽说根据业务场景来设置各个参数的值，但有些万变不离其宗，掌握它的原理对如何用好线程池起了至关重要的作用。

那我们接下来就来进行线程池的分析。

二、ThreadPoolExecutor的重要参数

我们先来看下ThreadPoolExecutor的带的那些重要参数的构造器。

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

1、corePoolSize: 核心线程数

这个应该是最重要的参数了，所以如何合理的设置它十分重要。

• 核心线程会一直存活，及时没有任务需要执行。
• 当线程数小于核心线程数时，即使有线程空闲，线程池也会优先创建新线程处理。
• 设置allowCoreThreadTimeout=true（默认false）时，核心线程会超时关闭。

如何设置好的前提我们要很清楚的知道CPU密集型和IO密集型的区别。

(1)、CPU密集型

CPU密集型也叫计算密集型，指的是系统的硬盘、内存性能相对CPU要好很多，此时，系统运作大部分的状况是CPU Loading 100%，CPU要读/写I/O(硬盘/内存)，I/O在很短的时间就可以完成，而CPU还有许多运算要处理，CPU Loading 很高。

在多重程序系统中，大部分时间用来做计算、逻辑判断等CPU动作的程序称之CPU bound。例如一个计算圆周率至小数点一千位以下的程序，在执行的过程当中绝大部分时间用在三角函数和开根号的计算，便是属于CPU bound的程序。

CPU bound的程序一般而言CPU占用率相当高。这可能是因为任务本身不太需要访问I/O设备，也可能是因为程序是多线程实现因此屏蔽掉了等待I/O的时间。

(2)、IO密集型

IO密集型指的是系统的CPU性能相对硬盘、内存要好很多，此时，系统运作，大部分的状况是CPU在等I/O (硬盘/内存) 的读/写操作，此时CPU Loading并不高。

I/O bound的程序一般在达到性能极限时，CPU占用率仍然较低。这可能是因为任务本身需要大量I/O操作，而pipeline做得不是很好，没有充分利用处理器能力。

好了，了解完了以后我们就开搞了。

(3)、先看下机器的CPU核数，然后在设定具体参数：

自己测一下自己机器的核数

System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());

即CPU核数 = Runtime.getRuntime().availableProcessors()

(4)、分析下线程池处理的程序是CPU密集型还是IO密集型

CPU密集型：corePoolSize = CPU核数 + 1

IO密集型：corePoolSize = CPU核数 * 2

2、maximumPoolSize：最大线程数

• 当线程数>=corePoolSize，且任务队列已满时。线程池会创建新线程来处理任务。
• 当线程数=maxPoolSize，且任务队列已满时，线程池会拒绝处理任务而抛出异常。

3、keepAliveTime：线程空闲时间

• 当线程空闲时间达到keepAliveTime时，线程会退出，直到线程数量=corePoolSize。
• 如果allowCoreThreadTimeout=true，则会直到线程数量=0。

4、queueCapacity：任务队列容量（阻塞队列）

• 当核心线程数达到最大时，新任务会放在队列中排队等待执行

5、allowCoreThreadTimeout：允许核心线程超时

6、rejectedExecutionHandler：任务拒绝处理器

两种情况会拒绝处理任务：

• 当线程数已经达到maxPoolSize，且队列已满，会拒绝新任务。
• 当线程池被调用shutdown()后，会等待线程池里的任务执行完毕再shutdown。如果在调用shutdown()和线程池真正shutdown之间提交任务，会拒绝新任务。

线程池会调用rejectedExecutionHandler来处理这个任务。如果没有设置默认是AbortPolicy，会抛出异常。

ThreadPoolExecutor 采用了策略的设计模式来处理拒绝任务的几种场景。

这几种策略模式都实现了RejectedExecutionHandler 接口。

• AbortPolicy 丢弃任务，抛运行时异常。
• CallerRunsPolicy 执行任务。
• DiscardPolicy 忽视，什么都不会发生。
• DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列（最后一个执行）的任务。

三、如何设置参数

默认值：

corePoolSize = 1
maxPoolSize = Integer.MAX_VALUE
queueCapacity = Integer.MAX_VALUE
keepAliveTime = 60s
allowCoreThreadTimeout = false
rejectedExecutionHandler = AbortPolicy()

如何来设置呢？

需要根据几个值来决定

tasks ：每秒的任务数，假设为500~1000

taskcost：每个任务花费时间，假设为0.1s

responsetime：系统允许容忍的最大响应时间，假设为1s

做几个计算

corePoolSize = 每秒需要多少个线程处理？

threadcount = tasks/(1/taskcost) = tasks*taskcout = (500 ~ 1000)*0.1 = 50~100 个线程。

corePoolSize设置应该大于50。

根据8020原则，如果80%的每秒任务数小于800，那么corePoolSize设置为80即可。

queueCapacity = (coreSizePool/taskcost)*responsetime

计算可得 queueCapacity = 80/0.1*1 = 800。意思是队列里的线程可以等待1s，超过了的需要新开线程来执行。

切记不能设置为Integer.MAX_VALUE，这样队列会很大，线程数只会保持在corePoolSize大小，当任务陡增时，不能新开线程来执行，响应时间会随之陡增。

maxPoolSize 最大线程数在生产环境上我们往往设置成corePoolSize一样，这样可以减少在处理过程中创建线程的开销。

rejectedExecutionHandler：根据具体情况来决定，任务不重要可丢弃，任务重要则要利用一些缓冲机制来处理。

keepAliveTime和allowCoreThreadTimeout采用默认通常能满足。

以上都是理想值，实际情况下要根据机器性能来决定。如果在未达到最大线程数的情况机器cpu load已经满了，则需要通过升级硬件和优化代码，降低taskcost来处理。

以下是我自己的的线程池配置：

@Configuration
public class ConcurrentThreadGlobalConfig {
    @Bean
    public ThreadPoolTaskExecutor defaultThreadPool() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        //核心线程数目
        executor.setCorePoolSize(65);
        //指定最大线程数
        executor.setMaxPoolSize(65);
        //队列中最大的数目
        executor.setQueueCapacity(650);
        //线程名称前缀
        executor.setThreadNamePrefix("DefaultThreadPool_");
        //rejection-policy：当pool已经达到max size的时候，如何处理新任务
        //CALLER_RUNS：不在新线程中执行任务，而是由调用者所在的线程来执行
        //对拒绝task的处理策略
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        //线程空闲后的最大存活时间
        executor.setKeepAliveSeconds(60);
        //加载
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}

四、线程池队列的选择

workQueue - 当线程数目超过核心线程数时用于保存任务的队列。主要有3种类型的BlockingQueue可供选择：无界队列，有界队列和同步移交。从参数中可以看到，此队列仅保存实现Runnable接口的任务。

这里再重复一下新任务进入时线程池的执行策略：

• 当正在运行的线程小于corePoolSize，线程池会创建新的线程。
• 当大于corePoolSize而任务队列未满时，就会将整个任务塞入队列。
• 当大于corePoolSize而且任务队列满时，并且小于maximumPoolSize时，就会创建新额线程执行任务。
• 当大于maximumPoolSize时，会根据handler策略处理线程。

1、无界队列

队列大小无限制，常用的为无界的LinkedBlockingQueue，使用该队列作为阻塞队列时要尤其当心，当任务耗时较长时可能会导致大量新任务在队列中堆积最终导致OOM。

阅读代码发现，Executors.newFixedThreadPool 采用就是 LinkedBlockingQueue，而博主踩到的就是这个坑，当QPS很高，发送数据很大，大量的任务被添加到这个无界LinkedBlockingQueue 中，导致cpu和内存飙升服务器挂掉。

当然这种队列，maximumPoolSize 的值也就无效了。

当每个任务完全独立于其他任务，即任务执行互不影响时，适合于使用无界队列；例如，在 Web 页服务器中。

这种排队可用于处理瞬态突发请求，当命令以超过队列所能处理的平均数连续到达时，此策略允许无界线程具有增长的可能性。

2、有界队列

当使用有限的 maximumPoolSizes 时，有界队列有助于防止资源耗尽，但是可能较难调整和控制。

常用的有两类，一类是遵循FIFO原则的队列如ArrayBlockingQueue，另一类是优先级队列如PriorityBlockingQueue。

PriorityBlockingQueue中的优先级由任务的Comparator决定。

使用有界队列时队列大小需和线程池大小互相配合，线程池较小有界队列较大时可减少内存消耗，降低cpu使用率和上下文切换，但是可能会限制系统吞吐量。

3、同步移交队列

如果不希望任务在队列中等待而是希望将任务直接移交给工作线程，可使用SynchronousQueue作为等待队列。

SynchronousQueue不是一个真正的队列，而是一种线程之间移交的机制。要将一个元素放入SynchronousQueue中，必须有另一个线程正在等待接收这个元素。

只有在使用无界线程池或者有饱和策略时才建议使用该队列。

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。