线程池

ThreadLocal

• 用于为每个线程提供独立的变量副本，实现线程隔离，避免共享变量的线程安全问题。它在高并发场景下广泛应用
• 实现原理
  • 每个 Thread 对象内部维护一个 ThreadLocalMap，本质是一个定制化的哈希表。
  • ThreadLocalMap 的键（Key）是 ThreadLocal 实例，值（Value）是线程的变量副本。ThreadLocal 实例是 弱引用（WeakReference），使用弱引用是为了当 ThreadLocal 实例被垃圾回收（GC）时，对应的键会自动被清除，避免内存泄漏
  • 一个线程中可以有多个ThreadLocal实例
  • 哈希冲突解决：开放寻址法（线性探测）。
• threadlocal是一个线程内部的存储类，可以在指定线程内存储数据，数据存储以后，只有指定线程可以得到存储数据.每个线程都维护着一个ThreadLocalMap
• 底层是数组结构，寻址使用的斐波那契散列法，哈希冲突时使用拉链法解决
  • 维护着一个ThreadLocalMap对象，ThreadLocalMap是当前线程Thread一个叫threadLocals的变量中获取的。并未实现Map接口，而且他的Entry是继承WeakReference（弱引用）的，哈希冲突靠开放寻址的线性探测来实现

add操作

• 

内存泄漏

• 强引用链：线程（如线程池线程） → ThreadLocalMap → Entry → Value。
• 如果threadLocal定义的是线程变量，当线程运行完成，由于是线程池，线程会一直存活，会一直保持对threadLocal和value的引用，由于key采用弱引用，在下一次GC时，threadLocal对象会被回收，需要等到下一次对这个线程的threadLocal操作，才会断开对value的引用，那么这段时间中，value是一直不能被GC掉的，从而导致内存泄漏。试想一下，如果key是强引用，这种情况key和value就永远都不会被GC掉了
• 如果threadLocal定义的是静态变量，那threadLocal对象会一直存活，在上面的场景下，value会一直被引用，导致value不会被GC，产生内存泄漏。

最佳实践

• 尽量使用 try-finally 清理资源
  确保 remove() 在 finally 块中被调用。
• 避免存储大对象
  ThreadLocal 的数据会伴随线程生命周期，大对象易导致内存溢出。
• 谨慎使用全局静态 ThreadLocal
  静态变量可能导致 ClassLoader 内存泄漏（尤其在 Web 应用重启时）。
• 优先使用 withInitial
  Java 8+ 的工厂方法更简洁且支持延迟初始化。

InheritableThreadLocal

• 实现原理
  • 使用 Thread 的另一个 ThreadLocalMap（即 inheritableThreadLocals）
  • 当父线程创建子线程时，若父线程的 inheritableThreadLocals 不为空，则将其内容复制到子线程的 inheritableThreadLocals 中。
  • 仅在子线程创建时复制一次，后续父线程对变量的修改不影响已创建的子线程。

• 特性	ThreadLocal	InheritableThreadLocal
  数据传递范围	仅限当前线程	父线程 → 子线程（单向传递）
  实现机制	通过 Thread.threadLocals 存储数据	通过 Thread.inheritableThreadLocals 存储数据
  子线程能否继承数据	否	是（仅在子线程创建时复制一次）
  典型应用场景	线程隔离的上下文（如数据库连接、Session）	父子线程间传递上下文（如 TraceID、用户信息）

• 注意事项
  • 线程复用导致数据污染，注意子线程任务结束后手动清理数据
  • 深拷贝和浅拷贝
    • InheritableThreadLocal 直接复制对象引用，若对象可变，父子线程可能共享同一实例。
    • 重写InheritableThreadLocal的childValue()来避免浅拷贝的问题

线程池

概念

• 线程池就是首先创建一些线程，它们的集合称为线程池。使用线程池可以很好地提高性能，线程池在系统启动时即创建大量空闲的线程，程序将一个任务传给线程池，线程池就会启动一条线程来执行这个任务，执行结束以后，该线程并不会死亡，而是再次返回线程池中成为空闲状态，等待执行下一个任务。

工作机制

• 在线程池的编程模式下，任务是提交给整个线程池，而不是直接提交给某个线程，线程池在拿到任务后，就在内部寻找是否有空闲的线程，如果有，则将任务交给某个空闲的线程。
• 一个线程同时只能执行一个任务，但可以同时向一个线程池提交多个任务。

线程池的主要参数

• 

• corePoolSize（线程池基本大小）

  • 当向线程池提交一个任务时，若线程池已创建的线程数小于corePoolSize，即便此时存在空闲线程，也会通过创建一个新线程来执行该任务，直到已创建的线程数大于或等于corePoolSize时，（除了利用提交新任务来创建和启动线程（按需构造），也可以通过 prestartCoreThread() 或 prestartAllCoreThreads() 方法来提前启动线程池中的基本线程）

• maximumPoolSize（线程池最大个数）

  • 线程池所允许的最大线程个数。当队列满了，且已创建的线程数小于maximumPoolSize，则线程池会创建新的线程来执行任务。另外，对于无界队列，可忽略该参数。

• keepAliveTime（线程存活保持时间）+ 生存时间单位

  • 当线程池中线程数大于核心线程数时，线程的空闲时间如果超过线程存活时间，那么这个线程就会被销毁，直到线程池中的线程数小于等于核心线程数。
  • 在 ThreadPoolExecutor 中的方法 allowCoreThreadTimeOut(boolean value) 设置为 true时，也作用于核心线程。

• workQueue（任务队列）

  • 用于传输和保存等待执行任务的阻塞队列

  • 通过线程池的 execute(Runnable command) 方法会将任务 Runnable 存储在队列中。

  • 常用的阻塞队列：

  • 

• threadFactory（线程工厂 非必须参数）

  • 用于创建新线程。threadFactory创建的线程也是采用new Thread()方式，threadFactory创建的线程名都具有统一的风格：pool-m-thread-n（m为线程池的编号，n为线程池内的线程编号）

• handler（线程饱和策略 非必须参数）

  • 当线程池和队列都满了，再加入线程会执行此策略。 JDK默认提供了四种
    • Abort:默认拒绝处理策略，直接抛出RejectedExecutionException异常
    • Discard:扔掉，丢弃任务且不抛异常
    • DiscardOldest：丢弃队列头部（最旧的）的任务，然后重新尝试执行程序（如果再次失败，重复此过程）
    • CallerRuns：由调用线程处理该任务

调度线程

• 线程池本身有一个调度线程，这个线程就是用于管理布控整个线程池里的各种任务和事务，例如创建线程、销毁线程、任务队列管理、线程队列管理等等。
  故线程池也有自己的状态。ThreadPoolExecutor类中使用了一些final int常量变量来表示线程池的状态 ，分别为RUNNING、SHUTDOWN、STOP、TIDYING 、TERMINATED。

  // runState is stored in the high-order bits
  private static final int RUNNING    = -1 << COUNT_BITS;
  private static final int SHUTDOWN   =  0 << COUNT_BITS;
  private static final int STOP       =  1 << COUNT_BITS;
  private static final int TIDYING    =  2 << COUNT_BITS;
  private static final int TERMINATED =  3 << COUNT_BITS;

  • 线程池创建后处于RUNNING状态。
  • 调用shutdown()方法后处于SHUTDOWN状态，线程池不能接受新的任务，清除一些空闲worker,不会等待阻塞队列的任务完成。
  • 调用shutdownNow()方法后处于STOP状态，线程池不能接受新的任务，中断所有线程，阻塞队列中没有被执行的任务全部丢弃。此时，poolsize=0,阻塞队列的size也为0。
  • 当所有的任务已终止，ctl记录的”任务数量”为0，线程池会变为TIDYING状态。接着会执行terminated()函数。

    ThreadPoolExecutor中有一个控制状态的属性叫ctl，它是一个AtomicInteger类型的变量。线程池状态就是通过AtomicInteger类型的成员变量ctl来获取的。

    获取的ctl值传入runStateOf方法，与~CAPACITY位与运算(CAPACITY是低29位全1的int变量)。

    ~CAPACITY在这里相当于掩码，用来获取ctl的高3位，表示线程池状态；而另外的低29位用于表示工作线程数

  • 线程池处在TIDYING状态时，执行完terminated()方法之后，就会由 TIDYING -> TERMINATED， 线程池被设置为TERMINATED状态。

线程池流程

• 当调用 execute() 方法添加一个任务时，线程池会做如下判断：
  a) 如果正在运行的线程数量小于 corePoolSize，那么马上创建线程运行这个任务；
  b) 如果正在运行的线程数量大于或等于 corePoolSize，那么将这个任务放入队列；
  c) 如果这时候队列满了，而且正在运行的线程数量小于 maximumPoolSize，那么还是要创建非核心线程立刻运行这个任务；
  d) 如果队列满了，而且正在运行的线程数量大于或等于 maximumPoolSize，那么线程池会抛出异常 RejectExecutionException。

线程复用

• ThreadPoolExecutor在创建线程时，会将线程封装成工作线程worker,并放入工作线程组中，然后这个worker反复从阻塞队列中拿任务去执行

四种常见的线程池

newCachedThreadPool

• 用的是SynchronousQueue队列
• 用来创建一个可以无限扩大的线程池，适用于负载较轻的场景，执行短期异步任务。（可以使得任务快速得到执行，因为任务时间执行短，可以很快结束，也不会造成cpu过度切换）
• 是一个可根据需要创建新线程的线程池，但是在以前构造的线程可用时将重用它们。对于执行很多短期异步任务的程序而言，这些线程池通常可提高程序性能。调用 execute() 将重用以前构造的线程（如果线程可用）。如果现有线程没有可用的，则创建一个新线程并添加到池中。终止并从缓存中移除那些已有 60 秒钟未被使用的线程。因此，长时间保持空闲的线程池不会使用任何资源。注意，可以使用 ThreadPoolExecutor 构造方法创建具有类似属性但细节不同（例如超时参数）的线程池。

newFixedThreadPool

• 创建一个固定大小的线程池，因为采用无界的阻塞队列，所以实际线程数量永远不会变化，适用于负载较重的场景，对当前线程数量进行限制。（保证线程数可控，不会造成线程过多，导致系统负载更为严重）
• 线程池的大小一旦达到最大值就会保持不变，如果某个线程因为执行异常而结束，那么线程池会补充一个新线程。

newSingleThreadExecutor

• 创建一个单线程的线程池，适用于需要保证顺序执行各个任务。所有的任务都是串行执行的。
• 如果这个唯一的线程因为异常结束，那么会有一个新的线程来替代它，此线程池保证所有任务的执行顺序按照任务的提交顺序执行。

newScheduledThreadPool

• 创建一个大小无限的线程池，此线程池支持定时以及周期性执行任务的需求。 适用于执行延时或者周期性任务
• 指定了核心线程数量的线程池，但是它能容纳近乎无限（Integer.MaxValue）的普通线程数量

WorkStealingPool

• 一种特殊类型的ForkJoinPool，使用当前系统的可用线程，默认的线程工厂，没有拒绝处理器的同步线程池

execute()和submit()方法

• execute()，执行一个任务，没有返回值。
• submit()，提交一个线程任务，有返回值。
• submit(Callable task)能获取到它的返回值，通过future.get()获取（阻塞直到任务执行完）。一般使用FutureTask+Callable配合使用（IntentService中有体现）。
• submit(Runnable task, T result)能通过传入的载体result间接获得线程的返回值。
• submit(Runnable task)则是没有返回值的，就算获取它的返回值也是null。Future.get方法会使取结果的线程进入阻塞状态，知道线程执行完成之后，唤醒获取结果的线程，然后返回结果。

守护线程

• 守护线程是程序运行时在后台提供服务的线程，不属于程序中不可或缺的部分。
• 当所有非守护线程结束时，程序也就终止，同时会杀死所有守护线程。main() 属于非守护线程。
• 在线程启动之前使用 setDaemon() 方法可以将一个线程设置为守护线程。

  public static void main(String[] args) {
      Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
      thread.setDaemon(true);
  }

线程池的关闭

• shutdown()：不会立即的终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务。
• shutdownNow()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务。相当于调用每个线程的 interrupt() 方法。

如何配置线程池

• CPU密集型任务
  • 尽量使用较小的线程池，一般为CPU核心数+1。 因为CPU密集型任务使得CPU使用率很高，若开过多的线程数，会造成CPU过度切换。
• IO密集型任务
  • 可以使用稍大的线程池，一般为2*CPU核心数。 IO密集型任务CPU使用率并不高，因此可以让CPU在等待IO的时候有其他线程去处理别的任务，充分利用CPU时间。
• 混合型任务
  • 线程数=N（CPU核数）*（1+WT（线程等待时间）/ST（线程时间运行时间））
    • ST = Service Time / CPU Time (线程服务时间 / CPU 运行时间)
  • 可以将任务分成IO密集型和CPU密集型任务，然后分别用不同的线程池去处理。 只要分完之后两个任务的执行时间相差不大，那么就会比串行执行来的高效。
  • 因为如果划分之后两个任务执行时间有数据级的差距，那么拆分没有意义。因为先执行完的任务就要等后执行完的任务，最终的时间仍然取决于后执行完的任务，而且还要加上任务拆分与合并的开销，得不偿失。