线程池是资源池化技术的产物
线程是一种重要的资源应用在并发场景中。然而，频繁创建和销毁线程会带来巨大的内存开销和损耗。因此线程池这一池化技术思想出现了。其核心思想是将线程作为一种有限的资源进行管理，避免每次任务执行时都要重新创建和销毁线程，从而降低内存开销、提高系统效率。
线程池起源
创建一个线程需要一定的资源分配，而销毁线程也要清理相关的资源，操作系统要进行线程上下文的切换，这些都耗费了大量的系统资源和时间。线程池通过预先创建一定数量线程放入池中管理，避免重复资源分配和销毁操作。
线程池的工作原理
线程池的工作原理基于几个核心参数和运作逻辑，以下是线程池的基本组成和关键功能：
- 线程池的核心参数：
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- 核心线程数：线程池中始终保持活动的线程数，即使空闲。
- 最大线程数：线程池中最大线程数。
- 空闲线程存活时间：当线程池中的线程数超过核心线程数时，空闲线程的最大存活时间。如果空闲线程超过指定时间没有任务执行，则会被销毁。
- 任务队列：用于存放等待执行的任务。线程池中的线程会从队列中取出任务并执行。
- 线程池的工作流程：
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- 当一个任务提交给线程池时，线程池会首先查看当前的活动线程数是否小于核心线程数。如果是，线程池会创建一个新的线程来执行任务。
- 如果活动线程数已经达到核心线程数，任务会被放入任务队列中，等待空闲线程处理。
- 如果队列满了且当前线程数未达到最大线程数，线程池会根据情况创建新的线程来处理任务。
- 如果任务队列满并且线程池中的线程数已经达到最大线程数，新的任务会被拒绝，通常会抛出拒绝策略异常。
线程池的优势
- 降低资源消耗：通过线程池，线程的创建和销毁成本被显著减少，避免了频繁的内存开销和上下文切换带来的性能损失。
- 提高性能：线程池可以使系统更高效地利用 CPU，因为线程池中的线程在任务完成后不会被销毁，而是进入空闲状态，等待下一个任务。
- 线程复用：通过线程池中的线程复用，任务执行效率得以提升，减少了不必要的资源分配和销毁。
线程池的使用场景
线程池适用于需要处理大量短期任务的场景，尤其是在高并发的系统中。例如：
- Web服务器：Web服务器需要同时处理成千上万的请求，使用线程池可以高效管理线程资源。
- 任务调度系统：定时任务或批处理任务的执行可以通过线程池进行统一管理，避免频繁创建和销毁线程。
线程池概念原理总结
线程池的出现是针对线程管理效率低下问题的解决方案。通过线程池，开发者可以将线程作为资源池进行统一管理，避免了频繁创建和销毁线程的内存开销，同时提高了系统的执行效率。理解线程池的核心参数和运作逻辑，对于开发高效的并发系统至关重要。
线程池的拒绝策略
在线程池的使用中，往往会遇到任务过多而线程池中的线程和任务队列已经满了的情况，这时线程池就无法再接收新的任务。这时候，线程池就会触发“拒绝策略”，根据预设的策略来决定如何处理这些“超出处理能力”的任务。
简单来说，拒绝策略就是：当线程池不能处理更多任务时，它该怎么办？
Java 的线程池默认提供了四种拒绝策略，每种策略的处理方式不一样。
1. AbortPolicy（默认策略）
线程池的默认拒绝策略。如果线程池的任务队列已满，且线程池的线程数已经达到了最大限制，拒绝新的任务并且抛出一个 RejectedExecutionException 异常。
适用场景：适合任务执行失败是不可接受的场景。比如，有些任务必须执行，不能被丢弃或延迟处理，抛出异常可以提醒开发者有任务被拒绝。
例子：假如你在一个在线支付系统中，想要保证每一笔交易都必须处理。如果线程池没有足够的线程来处理请求，那么 AbortPolicy 就会让新请求失败，让你有机会进行错误处理。
2. CallerRunsPolicy
这个策略有点特殊。当线程池拒绝一个任务时，它不会丢弃任务也不会抛异常。它会让提交任务的线程去执行这个任务。
适用场景：适合希望任务能够被执行，但不想过度创建线程来应对临时的任务暴增时。回退到调用线程执行任务，可以缓解短期的压力。
例子：想象一个情况，当流量激增时，原本分配给线程池的任务过多，但是系统不希望丢掉任何任务，这时候 CallerRunsPolicy 就会把任务返回给提交任务的线程去处理，虽然会增加提交任务的线程的负担，但至少不会丢失任务。
3. DiscardPolicy
这种策略的作用是：当线程池任务队列满了，新的任务就会直接被丢弃，不做任何处理，也不抛出异常。
适用场景：适合那些可以丢弃不重要任务的场景。例如后台统计或日志任务，这些任务丢失了也不会对系统造成太大的影响。
例子：假如你的系统需要记录一些日志，而这些日志并不关键。如果日志堆积过多，线程池就会丢弃新任务，避免系统因为日志处理过载而卡顿。这样可以确保核心功能不会受到影响。
4. DiscardOldestPolicy
这种策略也是丢弃任务，但是丢弃的是队列中最旧的任务。当队列已满时，线程池会丢弃最早的任务，然后尝试接受新的任务。
适用场景：适用于某些任务队列中，最早的任务可能已经不再需要执行了，而新的任务更重要，丢弃旧任务可以释放空间来执行新的任务。
举个例子：比如一个实时数据处理系统，数据需要尽快处理，最旧的数据如果还没有处理，可能就已经过时。此时，丢弃最早的数据任务，来确保新的数据能够及时被处理，就比较合适。
拒绝策略总结
线程池的拒绝策略帮助我们管理并发任务时的压力和风险。每种策略适合不同的场景，可以根据实际需要选择合适的策略。关键在于理解不同策略的特点，并根据任务的重要性和对系统的影响来做出决策。
如果任务必须保证执行，使用 AbortPolicy 会比较合适；如果任务可以适当延迟或丢弃，可以选择 CallerRunsPolicy 或 DiscardPolicy。理解这些策略，能让你更好地管理系统的并发任务，避免系统因资源过载而崩溃。
池化技术相关应用场景
池化思想就是提前创建好一定数量的资源，然后重复使用这些资源，节省资源又提高效率。除了线程池，池化思想还被用在以下几个场景：
1. 数据库连接池
数据库连接池是池化思想最经典的应用之一。数据库连接是一个耗费资源的操作，通过连接池，应用程序可以从池中借用一个已创建好的数据库连接，执行操作后再归还到池中，避免了频繁建立和关闭数据库连接的开销。
为什么数据库连接会很消耗资源呢？
- 验证身份：数据库需要验证连接请求的合法性，比如认证用户、检查权限等。
- 资源清理：连接关闭时，数据库会清理相关资源，如释放缓存、事务回滚等。
- 线程上下文切换：数据库会为每个连接分配一个线程用于处理客户端发来的请求。连接数过多时，会导致 CPU 频繁地切换线程，进一步消耗系统资源。
- 连接管理：数据库连接需要进行管理，尤其是连接池的管理。每次创建一个连接时，数据库需要为这个连接分配一定的资源（会话资源，锁机制等），包括内存、缓冲区、日志等。这些管理操作本身也需要消耗一定的资源。
- 持久化操作：数据库需要将数据持久化到磁盘上，与磁盘的交互（比如写入日志、数据页）都会涉及到磁盘 I/O。尤其是当数据库连接的请求比较频繁时，这些 I/O 操作就会对系统性能产生影响。
2. 对象池
对象池用于管理一些开销较大的对象，提前创建一定数量的对象，在池中等待重用。比如，一个对象池可以管理一个频繁使用的对象集合，当一个对象不再使用时，不会销毁，而是返回到池中，等待下次重用。这样避免了频繁的对象创建和销毁，提高了性能。
3. Socket连接池
Socket连接池类似于数据库连接池，但它的目标是管理网络连接。在需要频繁创建网络连接的应用中（例如Web服务器或者微服务），通过Socket连接池可以避免每次请求时都创建新的Socket连接，提高网络通信的效率和响应速度。
4. 线程池之外的资源池（比如缓存池）
在缓存技术中，一些高频访问的对象会被缓存到池中，避免了每次请求都要重新加载数据。这样能有效提高访问速度，减轻数据库或者磁盘的负担。例如，Redis也有类似的池化思想，在高并发场景下能有效提升性能。
5. 内存池
内存池用于管理内存块的分配和释放。当需要频繁分配和释放内存时，内存池可以提前预分配一定数量的内存块，并将这些内存块组织在一起。程序不需要每次都通过操作系统申请内存，而是直接从池中获取内存，避免了频繁的内存分配和释放，提高了性能。
池化技术应用总结
池化思想的核心理念是“重复利用有限的资源”，其优点是提高了系统的效率、减少了资源的开销。除了线程池，池化思想已经被广泛应用在数据库连接、对象管理、网络连接等各个领域，大大优化了系统的性能和响应速度。
