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文章标题：如何在 Java 中限制线程的最大并发数？
在Java中限制线程的最大并发数是一个常见的需求，特别是在处理高并发场景时，如Web服务器、数据库连接池或任何需要资源管理的系统中。合理控制并发线程数可以有效避免资源耗尽、系统崩溃或性能下降等问题。下面，我将详细介绍几种在Java中实现线程并发数限制的方法，并融入“码小课”这一元素，以更贴近实际开发场景和高级程序员的视角来阐述。
### 1. 使用线程池（ThreadPoolExecutor）
Java的`java.util.concurrent`包提供了强大的线程池支持，其中`ThreadPoolExecutor`类是实现线程并发数限制的首选工具。通过合理配置线程池的核心线程数（corePoolSize）、最大线程数（maximumPoolSize）、工作队列（workQueue）等参数，可以精确控制同时运行的线程数量。
**示例代码**：
```java
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class ThreadPoolConcurrencyLimiter {
// 创建一个线程池，核心线程数5，最大线程数10，工作队列容量为100
private static final ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
5, 10, 60L, TimeUnit.SECONDS,
new ArrayBlockingQueue<>(100),
r -> new Thread(r, "Task-Thread-")
);
public static void executeTask(Runnable task) {
executor.execute(task);
}
// 示例用法
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 120; i++) {
int taskId = i;
executeTask(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is processing task " + taskId);
try {
// 模拟任务执行时间
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
}
// 优雅关闭线程池（可选）
// executor.shutdown();
// try {
// if (!executor.awaitTermination(60, TimeUnit.SECONDS)) {
// executor.shutdownNow();
// }
// } catch (InterruptedException ex) {
// executor.shutdownNow();
// Thread.currentThread().interrupt();
// }
}
}
```
在这个例子中，我们创建了一个最大线程数为10的线程池，并提交了120个任务。由于线程池的工作队列容量为100，前110个任务（5个核心线程+10个最大线程同时运行，以及队列中的95个任务）会立即被处理或排队等待，而后续的任务提交将因队列满而阻塞，直到有线程完成任务并释放资源。
### 2. 使用Semaphore（信号量）
`java.util.concurrent.Semaphore`是一个计数信号量，用于控制同时访问某个特定资源或资源池的操作数量，或同时执行某个操作的数量。它也可以用来限制线程的并发数。
**示例代码**：
```java
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Semaphore;
public class SemaphoreConcurrencyLimiter {
private static final int MAX_CONCURRENT_THREADS = 10;
private static final Semaphore semaphore = new Semaphore(MAX_CONCURRENT_THREADS);
public static void executeTask(Runnable task) {
ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
executor.submit(() -> {
try {
// 请求许可
semaphore.acquire();
try {
task.run();
} finally {
// 释放许可
semaphore.release();
}
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
}
// 示例用法
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
int taskId = i;
executeTask(() -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is processing task " + taskId);
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
});
}
// 注意：这里没有显式关闭executor，实际使用中应考虑优雅关闭
}
}
```
在这个例子中，我们使用`Semaphore`来限制同时运行的线程数不超过10个。每当一个线程开始执行任务时，它首先尝试从`Semaphore`中获取一个许可；任务完成后，无论成功还是异常，都释放许可。这种方式虽然灵活，但相比线程池，它要求开发者自行管理线程的生命周期，包括创建、执行和销毁，增加了复杂性。
### 3. 自定义并发控制逻辑
在某些特殊场景下，你可能需要根据业务逻辑自定义并发控制策略，比如基于任务优先级、任务类型或系统负载动态调整并发数。这时，可以结合使用线程池、信号量以及自定义的调度逻辑来实现。
**示例思路**：
- 创建一个自定义的线程池管理器，该管理器内部维护一个或多个线程池，每个线程池根据业务需要配置不同的参数。
- 使用`Semaphore`或线程池的工作队列长度作为并发数的直接控制手段。
- 引入监控和反馈机制，根据系统当前的状态（如CPU使用率、内存占用率、任务队列长度等）动态调整线程池的参数或`Semaphore`的许可数。
- 编写调度器，根据任务的优先级、类型等因素分配任务到不同的线程池或调整执行顺序。
### 4. 注意事项与最佳实践
- **合理设置线程池参数**：根据应用的实际需求和系统资源情况，合理设置线程池的核心线程数、最大线程数、工作队列容量等参数。
- **优雅关闭线程池**：在应用关闭或重启时，应优雅地关闭线程池，确保所有任务都能完成或得到妥善处理。
- **监控与调优**：通过监控系统的性能指标（如响应时间、吞吐量、错误率等），及时调整并发控制策略，以达到最优的系统性能。
- **考虑异常处理**：在并发执行的任务中，应妥善处理异常，避免因为一个任务的失败而影响整个系统的稳定性。
### 结语
在Java中限制线程的最大并发数是一个涉及多方面考虑的问题，需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的解决方案。无论是使用线程池、信号量还是自定义并发控制逻辑，都需要深入理解其背后的原理和机制，并结合实际情况进行灵活应用。希望本文的介绍能为你在开发过程中遇到的相关问题提供一些有益的参考。同时，也欢迎你访问“码小课”网站，获取更多关于Java并发编程的深入讲解和实战案例。