深入源碼分析Java線程池的實現(xiàn)原理

作者：林灣村龍貓 2018-10-31 15:54:47

程序的運行，其本質(zhì)上，是對系統(tǒng)資源(CPU、內(nèi)存、磁盤、網(wǎng)絡(luò)等等)的使用。如何高效的使用這些資源是我們編程優(yōu)化演進(jìn)的一個方向。今天說的線程池就是一種對CPU利用的優(yōu)化手段。

網(wǎng)上有不少介紹如何使用線程池的文章，那我想說點什么呢?我希望通過學(xué)習(xí)線程池原理，明白所有池化技術(shù)的基本設(shè)計思路。遇到其他相似問題可以解決。

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池化技術(shù)

前面提到一個名詞——池化技術(shù)，那么到底什么是池化技術(shù)呢?

池化技術(shù)簡單點來說，就是提前保存大量的資源，以備不時之需。在機(jī)器資源有限的情況下，使用池化技術(shù)可以大大的提高資源的利用率，提升性能等。

在編程領(lǐng)域，比較典型的池化技術(shù)有：

線程池、連接池、內(nèi)存池、對象池等。

本文主要來介紹一下其中比較簡單的線程池的實現(xiàn)原理，希望讀者們可以舉一反三，通過對線程池的理解，學(xué)習(xí)并掌握所有編程中池化技術(shù)的底層原理。

創(chuàng)建一個線程

在Java的并發(fā)編程中，線程是十分重要的，在Java中，創(chuàng)建一個線程比較簡單：

public class App { 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        new Thread(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                System.out.println("線程運行中"); 
            } 
        }).start(); 
    } 
}

我們通過創(chuàng)建一個線程對象，并且實現(xiàn)Runnable接口就可以實現(xiàn)一個簡單的線程。可以利用上多核CPU。當(dāng)一個任務(wù)結(jié)束，當(dāng)前線程就接收。

但很多時候，我們不止會執(zhí)行一個任務(wù)。如果每次都是如此的創(chuàng)建線程->執(zhí)行任務(wù)->銷毀線程，會造成很大的性能開銷。

那能否一個線程創(chuàng)建后，執(zhí)行完一個任務(wù)后，又去執(zhí)行另一個任務(wù)，而不是銷毀。這就是線程池。

這也就是池化技術(shù)的思想，通過預(yù)先創(chuàng)建好多個線程，放在池中，這樣可以在需要使用線程的時候直接獲取，避免多次重復(fù)創(chuàng)建、銷毀帶來的開銷。

線程池的簡單使用

以下代碼，是在Java中創(chuàng)建線程池：

import java.util.concurrent.*; 
 
public class App { 
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(1, 1, 
                60L, TimeUnit.SECONDS, 
                new ArrayBlockingQueue<>(10)); 
 
        executorService.execute(new Runnable() { 
            @Override 
            public void run() { 
                System.out.println("abcdefg"); 
            } 
        }); 
 
        executorService.shutdown(); 
    } 
}

Jdk提供給外部的接口也很簡單。直接調(diào)用ThreadPoolExecutor構(gòu)造一個就可以了，也可以通過Executors靜態(tài)工廠構(gòu)建，但一般不建議。

可以看到，開發(fā)者想要在代碼中使用線程池還是比較簡單的，這得益于Java給我們封裝好的一系列API。但是，這些API的背后是什么呢，讓我們來揭開這個迷霧，看清線程池的本質(zhì)。

線程池構(gòu)造函數(shù)

通常，一般構(gòu)造函數(shù)會反映出這個工具或這個對象的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)。

構(gòu)造函數(shù)

如果把線程池比作一個公司。公司會有正式員工處理正常業(yè)務(wù)，如果工作量大的話，會雇傭外包人員來工作。

閑時就可以釋放外包人員以減少公司管理開銷。一個公司因為成本關(guān)系，雇傭的人員始終是有***數(shù)。

如果這時候還有任務(wù)處理不過來，就走需求池排任務(wù)。

acc : 獲取調(diào)用上下文
corePoolSize: 核心線程數(shù)量，可以類比正式員工數(shù)量，常駐線程數(shù)量。
maximumPoolSize: ***的線程數(shù)量，公司最多雇傭員工數(shù)量。常駐+臨時線程數(shù)量。
workQueue：多余任務(wù)等待隊列，再多的人都處理不過來了，需要等著，在這個地方等。
keepAliveTime：非核心線程空閑時間，就是外包人員等了多久，如果還沒有活干，解雇了。
threadFactory: 創(chuàng)建線程的工廠，在這個地方可以統(tǒng)一處理創(chuàng)建的線程的屬性。每個公司對員工的要求不一樣，恩，在這里設(shè)置員工的屬性。
handler：線程池拒絕策略，什么意思呢?就是當(dāng)任務(wù)實在是太多，人也不夠，需求池也排滿了，還有任務(wù)咋辦?默認(rèn)是不處理，拋出異常告訴任務(wù)提交者，我這忙不過來了。

添加一個任務(wù)

接著，我們看一下線程池中比較重要的execute方法，該方法用于向線程池中添加一個任務(wù)。

源碼

核心模塊用紅框標(biāo)記了。

***個紅框：workerCountOf方法根據(jù)ctl的低29位，得到線程池的當(dāng)前線程數(shù)，如果線程數(shù)小于corePoolSize，則執(zhí)行addWorker方法創(chuàng)建新的線程執(zhí)行任務(wù);
第二個紅框：判斷線程池是否在運行，如果在，任務(wù)隊列是否允許插入，插入成功再次驗證線程池是否運行，如果不在運行，移除插入的任務(wù)，然后拋出拒絕策略。如果在運行，沒有線程了，就啟用一個線程。
第三個紅框：如果添加非核心線程失敗，就直接拒絕了。

這里邏輯稍微有點復(fù)雜，畫了個流程圖僅供參考