生产级别线程池最佳实践

佛祖让我来巡山2025-08-19 9:34

生产环境中使用线程池需要综合考虑资源管理、任务处理、错误恢复和监控等多个方面。以下是生产级别线程池的全面使用指南：

一、线程池创建最佳实践

1. 避免使用Executors快捷方法

java 复制代码 
// 反模式 - 可能导致OOM
ExecutorService unsafe = Executors.newCachedThreadPool(); // 无界线程池
ExecutorService unsafe2 = Executors.newFixedThreadPool(10); // 无界队列

// 正确方式 - 手动创建ThreadPoolExecutor
int corePoolSize = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
int maxPoolSize = corePoolSize * 2;
BlockingQueue<Runnable> workQueue = new ArrayBlockingQueue<>(100); // 有界队列
RejectedExecutionHandler handler = new CustomRejectionPolicy();

ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
    corePoolSize,
    maxPoolSize,
    60L, TimeUnit.SECONDS,
    workQueue,
    new CustomThreadFactory("app-worker-"),
    handler
);

2. 关键配置参数

  • corePoolSize：常驻核心线程数（根据业务类型调整）
  • maximumPoolSize：最大线程数（建议不超过100）
  • keepAliveTime：空闲线程存活时间（30-120秒）
  • workQueue ：必须使用有界队列（避免OOM）
  • threadFactory：自定义线程工厂
  • rejectedExecutionHandler：自定义拒绝策略

二、线程池关键组件实现

1. 自定义线程工厂（命名、异常处理）

java 复制代码 
public class CustomThreadFactory implements ThreadFactory {
    private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
    private final String namePrefix;
    private final ThreadGroup group;

    public CustomThreadFactory(String namePrefix) {
        this.namePrefix = namePrefix;
        SecurityManager s = System.getSecurityManager();
        this.group = (s != null) ? s.getThreadGroup() : 
                      Thread.currentThread().getThreadGroup();
    }

    @Override
    public Thread newThread(Runnable r) {
        Thread thread = new Thread(group, r, 
                                 namePrefix + counter.incrementAndGet(), 
                                 0);
        thread.setDaemon(false);
        thread.setPriority(Thread.NORM_PRIORITY);
        
        // 设置未捕获异常处理器
        thread.setUncaughtExceptionHandler((t, e) -> {
            logger.error("Uncaught exception in thread: " + t.getName(), e);
            // 发送告警通知
            AlertManager.notify(e);
        });
        
        return thread;
    }
}

2. 自定义拒绝策略（生产级）

java 复制代码 
public class CustomRejectionPolicy implements RejectedExecutionHandler {
    @Override
    public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
        if (!executor.isShutdown()) {
            // 1. 记录被拒绝任务
            logger.warn("Task rejected: " + r.toString());
            
            // 2. 尝试重新放入队列（带超时）
            try {
                boolean offered = executor.getQueue().offer(r, 1, TimeUnit.SECONDS);
                if (!offered) {
                    // 3. 持久化到存储系统
                    persistTask(r);
                    logger.info("Task persisted to storage: " + r);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                logger.error("Re-enqueue interrupted", e);
            }
        }
    }
    
    private void persistTask(Runnable task) {
        // 实现任务持久化逻辑（数据库、文件、消息队列）
        TaskStorage.save(task);
    }
}

三、任务提交与执行最佳实践

1. 任务封装（带监控）

java 复制代码 
public class MonitoredTask implements Runnable {
    private final Runnable actualTask;
    private final long submitTime;
    
    public MonitoredTask(Runnable task) {
        this.actualTask = task;
        this.submitTime = System.currentTimeMillis();
    }
    
    @Override
    public void run() {
        long start = System.currentTimeMillis();
        try {
            // 设置MDC上下文（日志链路跟踪）
            MDC.put("traceId", UUID.randomUUID().toString());
            
            actualTask.run();
            
            long duration = System.currentTimeMillis() - start;
            Metrics.recordSuccess(duration);
        } catch (Exception e) {
            long duration = System.currentTimeMillis() - start;
            Metrics.recordFailure(duration);
            
            // 重试逻辑
            if (shouldRetry(e)) {
                retryTask();
            } else {
                logger.error("Task execution failed", e);
            }
        } finally {
            MDC.clear();
        }
    }
    
    // 提交任务时使用
    public static void submit(ExecutorService executor, Runnable task) {
        executor.execute(new MonitoredTask(task));
    }
}

2. 任务超时控制

java 复制代码 
Future<?> future = executor.submit(task);

try {
    // 设置任务超时时间
    future.get(30, TimeUnit.SECONDS);
} catch (TimeoutException e) {
    // 1. 取消任务执行
    future.cancel(true);
    
    // 2. 记录超时日志
    logger.warn("Task timed out: " + task);
    
    // 3. 执行降级策略
    fallbackHandler.handle(task);
} catch (Exception e) {
    // 处理其他异常
}

四、线程池监控与管理

1. 监控指标采集

java 复制代码 
public class ThreadPoolMonitor implements Runnable {
    private final ThreadPoolExecutor executor;
    
    public ThreadPoolMonitor(ThreadPoolExecutor executor) {
        this.executor = executor;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
            try {
                // 采集关键指标
                int activeCount = executor.getActiveCount();
                long completedTaskCount = executor.getCompletedTaskCount();
                int queueSize = executor.getQueue().size();
                int poolSize = executor.getPoolSize();
                
                // 发布到监控系统
                Metrics.gauge("threadpool.active.count", activeCount);
                Metrics.gauge("threadpool.queue.size", queueSize);
                Metrics.counter("threadpool.completed.tasks", completedTaskCount);
                
                // 检测潜在问题
                if (queueSize > executor.getQueue().remainingCapacity() * 0.8) {
                    logger.warn("Thread pool queue is approaching capacity");
                }
                
                // 30秒采集一次
                Thread.sleep(30_000);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
    }
}

2. 动态调整线程池参数

java 复制代码 
public class DynamicThreadPool extends ThreadPoolExecutor {
    
    public DynamicThreadPool(int corePoolSize, int maxPoolSize, 
                           long keepAliveTime, TimeUnit unit,
                           BlockingQueue<Runnable> workQueue) {
        super(corePoolSize, maxPoolSize, keepAliveTime, unit, workQueue);
    }
    
    // 动态修改核心线程数
    public void setCorePoolSize(int corePoolSize) {
        if (corePoolSize >= 0) {
            super.setCorePoolSize(corePoolSize);
            Metrics.gauge("threadpool.core.size", corePoolSize);
        }
    }
    
    // 动态修改最大线程数
    public void setMaxPoolSize(int maxPoolSize) {
        if (maxPoolSize > 0 && maxPoolSize >= getCorePoolSize()) {
            super.setMaximumPoolSize(maxPoolSize);
            Metrics.gauge("threadpool.max.size", maxPoolSize);
        }
    }
    
    // 动态修改队列容量（需要特殊处理）
    public void resizeQueue(int newCapacity) {
        BlockingQueue<Runnable> newQueue = new ArrayBlockingQueue<>(newCapacity);
        BlockingQueue<Runnable> oldQueue = getQueue();
        
        // 转移任务
        synchronized (this) {
            List<Runnable> transferList = new ArrayList<>();
            oldQueue.drainTo(transferList);
            newQueue.addAll(transferList);
            
            // 更新队列
            super.setRejectedExecutionHandler(getRejectedExecutionHandler());
            super.setQueue(newQueue);
        }
    }
}

五、优雅关闭与资源清理

1. 应用关闭时处理

java 复制代码 
@PreDestroy
public void shutdownExecutor() {
    // 1. 禁止新任务提交
    executor.shutdown();
    
    try {
        // 2. 等待现有任务完成
        if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
            // 3. 取消所有未开始任务
            executor.shutdownNow();
            
            // 4. 再次等待任务响应取消
            if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
                logger.error("Thread pool did not terminate");
            }
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        // 5. 中断当前线程并尝试取消
        executor.shutdownNow();
        Thread.currentThread().interrupt();
    }
    
    // 6. 清理资源
    cleanupResources();
}

2. 未完成任务恢复

java 复制代码 
public void recoverPendingTasks() {
    BlockingQueue<Runnable> pendingQueue = executor.getQueue();
    List<Runnable> pendingTasks = new ArrayList<>();
    pendingQueue.drainTo(pendingTasks);
    
    for (Runnable task : pendingTasks) {
        if (task instanceof RecoverableTask) {
            // 持久化到可靠存储
            TaskStorage.save((RecoverableTask) task);
            logger.info("Recovered pending task: " + task);
        }
    }
}

六、生产环境建议

  1. 线程隔离策略：

    • CPU密集型任务：独立线程池
    • I/O密集型任务：独立线程池
    • 关键业务：独立线程池（避免相互影响）

  2. 资源限制：

    java 复制代码 
    // 使用Semaphore控制并发资源使用
private final Semaphore concurrencySemaphore = new Semaphore(50);

executor.execute(() -> {
    try {
        concurrencySemaphore.acquire();
        // 执行受限资源操作
    } finally {
        concurrencySemaphore.release();
    }
});

  3. 上下文传递：

    java 复制代码 
    // 使用TransmittableThreadLocal传递上下文
TransmittableThreadLocal<String> context = new TransmittableThreadLocal<>();

executor.execute(TtlRunnable.get(() -> {
    // 可以访问父线程的context值
    String value = context.get();
}));

  4. 熔断降级：

    java 复制代码 
    CircuitBreaker circuitBreaker = new CircuitBreaker();

executor.execute(() -> {
    if (circuitBreaker.allowExecution()) {
        try {
            // 执行业务逻辑
        } catch (Exception e) {
            circuitBreaker.recordFailure();
        }
    } else {
        // 执行降级逻辑
        fallbackService.executeFallback();
    }
});

七、常见问题处理方案

问题 现象 解决方案
线程泄露 线程数持续增长 1. 检查线程是否正常结束 2. 添加线程创建监控 3. 限制最大线程数
任务堆积 队列持续增长 1. 增加消费者线程 2. 优化任务处理速度 3. 实施任务降级
CPU使用率高 CPU持续满载 1. 分析线程栈（jstack） 2. 优化热点代码 3. 限制线程池大小
任务饿死 低优先级任务长期得不到执行 1. 使用优先级队列 2. 拆分不同优先级线程池 3. 实现公平调度
上下文丢失 子线程无法获取上下文 1. 使用TransmittableThreadLocal 2. 手动传递上下文 3. 使用MDC框架

生产环境中使用线程池需要综合考虑资源配置、任务管理、错误处理和监控告警等多个方面。建议结合具体业务场景选择合适的策略，并建立完善的监控和告警机制。

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