【Java】线程池的实现原理是怎样的？CPU密集型任务与IO密集型任务的区别？

一、CPU密集型与IO密集型任务

1.CPU密集型任务(CPU-bound)

定义：需要大量CPU计算资源，大部分时间都在进行运算的任务。
这类任务的特点是计算量大，CPU占用率高。

特点：

• 主要消耗CPU资源
• 执行速度取决于CPU的计算能力
• 通常涉及复杂的数学运算、算法处理等。

常见例子：

• 视频编码/解码
• 3D图形渲染
• 复杂的数学计算(如密码学运算、科学计算）
• 机器学习模型训练

优化策略：

• 使用更高效的算法
• 增加CPU的核心数(多进程/多线程)
• 使用向量化指令(如SIMD)
• 减少不必要的计算

2.IO密集型任务(I/O bound)

定义：需要大量输入/输出操作，大部分时间在等待IO操作完成的任务。这类任务的特点是CPU利用率不高，大部分时间在等待。

特点：

• 主要消耗IO资源(磁盘、网络)
• 执行速度取决于IO设备的速度
• CPU经常处于等待状态

常见例子：

• 文件读写操作
• 数据库查询
• 网络请求(如 HTTP API调用)
• 消息队列处理
• 日志记录

优化策略：

• 使用异步IO
• 增加并发处理能力
• 使用缓存减少IO操作
• 优化IO设备性能(如SSD代替HDD)

二、线程池实现原理

1.线程池核心组件

Java中的线程池主要通过ThreadPoolExecutor类实现，其核心组件包括：
1.工作队列(BlockingQueue)：用于存放待执行的任务
2.线程集合(HashSet<Worker>)：实际执行任务的线程
3.线程工厂(ThreadFactory)：用于创建新线程
4.拒绝策略(RejectedExecutionHandler)： 当任务无法处理时的策略。

2.线程池工作流程

1.提交任务到线程池
2.如果当前线程数<corePoolSize，创建新线程执行任务
3.如果线程数>=corePoolSize，将任务放入工作队列
4.如果队列已满且线程数<maximumPoolSize,创建新线程执行任务，
5.如果队列已满且线程数>=maximumPoolSize，执行拒绝策略。

3.线程池状态管理

线程池通过AtomicInteger变量同时维护两个信息：

• 运行状态（RUNNING, SHUTDOWN, STOP, TIDYING, TERMINATED）
• 有效线程数（workerCount）

4.关键参数(3大核心配置)

• corePoolSize：核心线程数，线程池维护的最小活跃线程数。
• maximumPoolSize：最大线程数，线程池可创建的线程上限。
• keepAliveTime: 非核心线程的空闲存活时间，超时则销毁（核心线程默认不销毁）。