线程池核心参数与执行原理
线程池是 Java 并发编程的基石，理解其运作机制对性能调优至关重要。核心参数主要有七个：
- corePoolSize：核心线程数，线程池维持的最小活跃线程数。
- maximumPoolSize：最大线程数量，允许创建的最大线程数（核心 + 救急）。
- keepAliveTime：非核心线程的存活时间，空闲超时后会被回收。
- unit：存活时间的单位。
- workQueue：工作队列，用于缓存待执行任务。当核心线程满时，新任务进入队列。
- threadFactory：线程工厂，用于定制线程名称、是否为守护线程等属性。
- handler：拒绝策略，当队列和线程数都达到上限时的处理方案。
执行流程简述：
- 任务提交后，若当前线程数小于 corePoolSize，则创建新核心线程执行。
- 若核心线程已满，任务进入 workQueue 等待。
- 若队列已满且线程数小于 maximumPoolSize，则创建非核心线程执行。
- 若队列和线程数均达上限，触发 handler 拒绝策略。
常见阻塞队列对比
常用的阻塞队列包括 ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue，两者底层结构不同导致性能差异明显：
| 特性 | ArrayBlockingQueue | LinkedBlockingQueue |
|---|---|---|
| 底层结构 | 数组 | 链表 |
| 容量限制 | 强制有界 | 默认无界，可指定容量 |
| 节点创建 | 初始化时创建 | 插入时动态创建 |
| 锁机制 | 两把锁（头尾分离） | 一把锁 |
LinkedBlockingQueue 采用锁分离设计，生产者和消费者互不干扰，适合吞吐量要求较高的场景。
核心线程数如何确定？
没有固定公式，需结合业务指标调整。一般参考以下经验值：
- CPU 密集型任务：计算密集，上下文切换开销大。建议
CPU 核数 + 1。 - IO 密集型任务：读写多，CPU 占用低。建议
CPU 核数 * 2 + 1。 - 高并发短任务：减少线程切换，可适当增加线程数。
实际生产中，应设定预期 CPU 利用率、负载及 GC 频率，通过压测不断微调。
常用线程池类型
JUC 包中的 Executors 提供了四种典型实现：
- FixedThreadPool：固定线程数，无救急线程，使用 LinkedBlockingQueue。适合任务量已知、耗时较长的场景。
- SingleThreadExecutor：单线程池，按序执行。相比普通单线程，线程复用减少了创建销毁开销。
- CachedThreadPool：可缓存线程池，核心为 0，最大为 Integer.MAX_VALUE。适合任务密集但执行时间短的场景，空闲线程 1 分钟后回收。
- ScheduledThreadPool：支持定时或周期性执行任务。
使用场景示例：
- 批量导入：将 PGSQL 数据导入 ES 时，可计算总页数 N，设置 CountdownLatch 计数为 N，创建 N 个线程并行处理，主线程 await 完成后结束。
- 异步调用：搜索记录保存不影响主流程，可通过 @Async 注解配合自定义线程池注入容器实现。
ThreadLocal 与内存泄漏
ThreadLocal 实现了线程间资源隔离，每个线程拥有独立的变量副本。其底层依赖静态内部类 ThreadLocalMap，Key 为 ThreadLocal 实例，Value 为存储的对象。
内存泄漏原因： 在 ThreadLocalMap 中，Key 是弱引用，而 Value 是强引用。GC 时，若 ThreadLocal 对象被回收，Key 变为 null，但 Value 仍被当前线程持有无法释放，形成泄漏。
解决方案： 使用完 ThreadLocal 后，务必手动调用 remove() 方法清除 Entry。
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
JVM 虚拟机详解
主要组成部分
- 类加载器：负责将字节码加载到内存。
- 运行时数据区：程序运行的内存空间，包含堆、栈、方法区等。
- 执行引擎：翻译字节码为系统指令并执行。
- 本地方法接口：与本地库交互。
运行时数据区
- 方法区/元空间：存储类信息、常量、静态变量。线程共享，OOM 时报 MetaspaceError。
- 堆：存储对象实例和数组。分新生代（Eden + Survivor）和老年代。OOM 时报 OutOfMemoryError。
- 程序计数器：记录当前线程执行的字节码地址，线程私有。
- 虚拟机栈：存储局部变量、操作数栈、返回地址等。栈帧出栈即释放。
- 本地方法栈：为 Native 方法服务。
注意：栈深度过大抛出 StackOverflowError；扩展栈失败抛出 OOM。
垃圾回收基础
- 判断对象存活：可达性分析算法（从 GCRoot 向下搜索）或引用计数法。
- GCRoot 来源：虚拟机栈引用、本地方法栈引用、方法区静态属性/常量。
垃圾回收算法
- 标记 - 清除：先标记后清除，易产生内存碎片。
- 标记 - 整理：标记后移动存活对象，消除碎片，但效率较低。
- 复制算法：将内存分为两块，每次用一块，GC 时将存活对象复制到另一块。新生代常用此法，内存利用率低但效率高。
分代收集
JVM 将堆分为新生代和老年代。对象先在 Eden 区分配，经历 Minor GC 后存活对象进入 Survivor 区，年龄增长后晋升老年代。大对象直接进入老年代（由 -XX:PretenureSizeThreshold 控制）。
垃圾收集器
- Serial：单线程，STW 时间长。
- Parallel：多线程，JVM 默认，注重吞吐量。
- CMS：并发收集，STW 时间短，基于标记 - 清除，易碎片。
- G1：JDK9+ 默认，基于区域划分，可预测停顿时间，适合大内存。
类加载器
- BootstrapClassLoader：C++ 实现，加载核心类库。
- ExtensionClassLoader：加载扩展类库。
- AppClassLoader：加载 ClassPath 下的用户代码。
- 自定义 ClassLoader：继承 ClassLoader 实现特定逻辑。
