1. 線程池的基本概念

線程池是用來管理線程的工具，它可以有效地控制併發任務的執行。通過線程池，可以：

• 降低創建和銷燬線程的開銷。
• 限制同時運行的線程數，避免過多線程導致系統資源過載。
• 提供線程複用，減少上下文切換的開銷。

2. 線程池的核心參數

• 核心線程數 (corePoolSize)：線程池中始終保持活動的線程數。如果任務隊列中有任務，線程池會首先使用這些核心線程來執行任務。
• 最大線程數 (maximumPoolSize)：線程池中允許的最大線程數。當線程池中的線程數達到核心線程數時，若隊列滿了，線程池將創建新的線程直到最大線程數。
• 空閒線程存活時間 (keepAliveTime)：當線程池中的線程數大於核心線程數時，空閒線程的最大存活時間。
• 任務隊列 (workQueue)：用來保存等待執行任務的隊列。當線程池中所有核心線程都在執行任務時，新任務會被添加到任務隊列中。
• 拒絕策略 (RejectedExecutionHandler)：當線程池無法處理新的任務時的處理策略。

3. 根據任務類型設置線程池參數

CPU 密集型任務的線程池配置

• CPU 密集型任務：這些任務需要大量的計算，不會有明顯的 IO 等待時間。過多的線程會導致線程之間競爭 CPU 資源，增加上下文切換的開銷，從而降低系統性能。

推薦配置：

• 核心線程數：CPU 核數，讓每個核心都有一個線程。
• 最大線程數：CPU 核數，不需要超過 CPU 核數。
• 隊列類型：通常選擇 LinkedBlockingQueue（無界隊列）或 ArrayBlockingQueue（有界隊列）。
• 任務數較少：可考慮設置較小的隊列長度，避免內存佔用過多。

示例：

ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
    2, // 核心線程數（例如：2 核 CPU）
    2, // 最大線程數（例如：2 核 CPU）
    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,  // 空閒線程存活時間
    new LinkedBlockingQueue<>(100) // 隊列大小
);

IO 密集型任務的線程池配置

• IO 密集型任務：這些任務大部分時間處於等待外部資源（如文件 I/O、網絡 I/O 等）期間，因此它們不佔用大量 CPU 資源，可以使用更多的線程來提高吞吐量。

推薦配置：

• 核心線程數：CPU 核數，通常設置為 CPU 核數。
• 最大線程數：CPU 核數 / (1 - 阻塞係數)，根據任務的阻塞係數估算線程數。例如，阻塞係數為 0.7 時，可以設置最大線程數為 2 / (1 - 0.7) = 6。
• 任務隊列：通常使用 LinkedBlockingQueue 或 ArrayBlockingQueue，根據內存和任務量的實際情況來調整隊列大小。

示例：

int cpuCoreCount = 2;
double blockFactor = 0.7; // 阻塞係數
int maxThreads = (int) Math.ceil(cpuCoreCount / (1 - blockFactor)); // 計算最大線程數

ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(
    cpuCoreCount,           // 核心線程數
    maxThreads,            // 最大線程數
    0L, TimeUnit.MILLISECONDS,  // 空閒線程存活時間
    new LinkedBlockingQueue<>(100) // 任務隊列
);

4. 線程池的空閒線程存活時間

• 空閒線程存活時間：對於短生命週期的任務，可以將線程的空閒存活時間設置為 0，以便線程池在任務執行完畢後立即銷燬空閒線程。而對於長期運行的服務，可以適當增加線程的空閒存活時間，避免頻繁的線程創建和銷燬。

示例：

new ThreadPoolExecutor(
    2, // 核心線程數
    6, // 最大線程數
    60L, TimeUnit.SECONDS, // 空閒線程存活時間
    new LinkedBlockingQueue<>(100) // 任務隊列
);

5. 線程池的拒絕策略

當線程池無法處理新的任務時，會觸發 拒絕策略。常見的拒絕策略有：

• AbortPolicy（默認策略）：拋出 RejectedExecutionException 異常。
• CallerRunsPolicy：由調用者線程執行任務，避免任務丟失。
• DiscardPolicy：直接丟棄任務。
• DiscardOldestPolicy：丟棄最舊的任務。

示例：

new ThreadPoolExecutor(
    2, 6, 60L, TimeUnit.SECONDS, 
    new LinkedBlockingQueue<>(100),
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()  // 使用調用者執行策略
);

6. 總結

• 對於 CPU 密集型任務，線程數通常設置為 CPU 核數，最大線程數不超過 CPU 核數，避免過多線程引發上下文切換的性能損失。
• 對於 IO 密集型任務，由於任務在等待 IO 時不會佔用 CPU，可以適當增加線程數。最大線程數的設置可以參考公式：$$ \text{最大線程數} = \frac{\text{CPU 核數}}{1 - \text{阻塞係數}} $$。
• 合理的線程池參數配置能顯著提高系統的性能，避免線程過多帶來的資源浪費和上下文切換開銷。