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线程池有哪些应用场景？

作者：程序员马丁

在线博客：https://open8gu.com

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回答话术​

线程池是一种基于池化思想管理线程的工具，使用线程池可以减少创建销毁线程的开销，避免线程过多导致系统资源耗尽。充分利用池内计算资源，等待分配并发执行任务，提高系统性能和响应能力。

在业务系统开发过程中，线程池有两个常见的应用场景，分别是：快速响应用户请求和快速处理批量任务。

1. 快速响应用户请求​

以电商中的查询商品详情接口举例，从用户发起请求开始，想要获取到商品全部信息，可能会包括获取商品基本信息、库存信息、优惠券以及评论等多个查询逻辑，假设每个查询是 50ms，如果是串行化查询则需要 200ms，查询性能一般。

image.png

而如果说通过线程池的方式并行查询，那查询全部商品信息的时间就取决于多个流程中最慢的那一条。

假设优惠信息流程查询时间 80ms，其他流程查询时间 50ms，经过线程池并行优化后，商品详情接口响应时间就是 80ms，通过并行缩短了整体查询时间。

线程池种并行提交任务的完成时间，取决于这些任务中执行时间最慢的流程。

image.png

这种场景想要达到的效果是最快时间将结果响应给用户，我们在创建线程池时不应该使用阻塞队列去缓冲任务，而是可以尝试适当调大核心线程数和最大线程数，提高任务并行执行的性能。

关于在不同场景下如何设置线程池参数，详情请参考：🚧 如何设置线程池的参数？

2. 快速处理批量任务​

在工作中，快速处理批量任务场景比较多，包括不限于以下举得例子：

  • 公司举办周年庆，需要给每个员工发送邮件说明。
  • 短信平台后台通过上传 Excel 给一批用户发送短信。

我们以发送批量短信举例子，假设需要给 100 万用户发送短信通知，一条短信通知流程需要 50ms，初步计算如果要给所有用户发送成功，执行时间大概需要 13 小时左右。

image.png

处理批量任务和快速响应用户请求不一致，在后者的使用场景中，主线程需要阻塞的等待所有任务执行完成，因此必须要尽可能减少等待时间，而前者的使用场景中则完全不需要考虑这个问题，因此我们可以设置一个合适的阻塞队列用来缓冲任务。

大量任务堆积线程池阻塞队列场景下，可能会遇到项目发布重启或者意外宕机等情况，进而导致任务丢失风险，详情查看：✅ 项目重启或宕机时线程池任务还没处理完？

如果我们通过线程池并发执行，假设线程池内线程数是 10 个，那么执行时间将会大幅度缩减，最佳情况会缩短时间时间接近 10 倍的性能，约等于 1 小时 38 分钟左右。

image.png

问题详解​

1. 并发执行获取结果​

通过串行化获取商品详情信息，代码如下所示：


import lombok.SneakyThrows;

/**
 * 线程池有哪些应用场景@快速响应用户请求，文章首发 <a href="https://open8gu.com"/>
 */
public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        getProductInventory();
        getProductPromotions();
        getProductReviews();
        System.out.println("查询商品详情耗时：" + (System.currentTimeMillis() - startTime));
    }

    /**
     * 获取商品库存信息
     */
    @SneakyThrows
    private static Object getProductInventory() {
        Thread.sleep(50);
        return new Object();
    }

    /**
     * 获取商品优惠信息
     */
    @SneakyThrows
    private static Object getProductPromotions() {
        Thread.sleep(80);
        return new Object();
    }

    /**
     * 获取商品评论信息
     */
    @SneakyThrows
    private static Object getProductReviews() {
        Thread.sleep(50);
        return new Object();
    }
}

上面程序输出耗时大概在 180ms 到 200ms 之间，因为程序是串行化，所以要将所有方法耗时进行累加，同时要加上计算机运行打印和获取当前时间等步骤。

如果希望通过线程池的方式并行查询，需要重构下相关逻辑。

import lombok.SneakyThrows;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.Future;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
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 */
public class Main {

    private static final ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
            6,
            9,
            1024,
            TimeUnit.SECONDS,
            new SynchronousQueue<>());

    @SneakyThrows
    public static void main(String[] args) {
        long startTime = System.currentTimeMillis();
        List<Future<Object>> results = new ArrayList<>();
        Future<Object> getProductInventory = threadPoolExecutor.submit(Main::getProductInventory);
        results.add(getProductInventory);
        Future<Object> getProductPromotions = threadPoolExecutor.submit(Main::getProductPromotions);
        results.add(getProductPromotions);
        Future<Object> getProductReviews = threadPoolExecutor.submit(Main::getProductReviews);
        results.add(getProductReviews);
        for (Future<Object> result : results) {
            result.get();
        }
        System.out.println("查询商品详情耗时：" + (System.currentTimeMillis() - startTime));
        // 优雅编码，这里如果不进行停止线程池，测试方法不能主动结束
        threadPoolExecutor.shutdown();
    }

    /**
     * 获取商品库存信息
     */
    @SneakyThrows
    private static Object getProductInventory() {
        Thread.sleep(50);
        return new Object();
    }

    /**
     * 获取商品优惠信息
     */
    @SneakyThrows
    private static Object getProductPromotions() {
        Thread.sleep(80);
        return new Object();
    }

    /**
     * 获取商品评论信息
     */
    @SneakyThrows
    private static Object getProductReviews() {
        Thread.sleep(50);
        return new Object();
    }
}

并发执行的程序耗时大概在 80ms 到 100ms 之间，因为上面有说，线程池种并行提交任务的完成时间，取决于这些任务中执行时间最慢的流程。

2. 批处理任务​

通过串行化批量发送用户短信通知，代码如下所示：

import cn.hutool.core.collection.ListUtil;
import lombok.SneakyThrows;

import java.util.List;

/**
 * 线程池有哪些应用场景@快速处理批量任务，文章首发 <a href="https://open8gu.com"/>
 */
public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> phones = ListUtil.of("1560116xxxx", "1560116xxxx", "1560116xxxx", "1560116xxxx");
        for (String phone : phones) {
            sendPhoneSms(phone);
        }
    }

    /**
     * 发送手机短信流程
     */
    @SneakyThrows
    private static void sendPhoneSms(String phone) {
        Thread.sleep(50);
    }
}

在这种情况下，我们使用阻塞队列来缓冲任务。提交任务的线程将任务提交到线程池，然后线程池中的线程会从阻塞队列中获取任务并执行。

这种执行方式允许任务的提交和执行解耦，提高了系统的灵活性和并发处理能力。

import cn.hutool.core.collection.ListUtil;
import lombok.SneakyThrows;

import java.util.List;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 线程池有哪些应用场景@快速处理批量任务，文章首发 <a href="https://open8gu.com"/>
 */
public class Main {

    private static final ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(
            10,
            10,
            1024,
            TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<>(100000));

    public static void main(String[] args) {
        List<String> phones = ListUtil.of("1560116xxxx", "1560116xxxx", "1560116xxxx", "1560116xxxx");
        for (String phone : phones) {
            threadPoolExecutor.execute(() -> sendPhoneSms(phone));
        }
    }

    /**
     * 发送手机短信流程
     */
    @SneakyThrows
    private static void sendPhoneSms(String phone) {
        Thread.sleep(50);
    }
}

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