Java中線程池的實現原理是什么

這篇文章給大家介紹Java中線程池的實現原理是什么，內容非常詳細，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

線程池是什么？

我們可以利用java很容易創建一個新線程，同時操作系統創建一個線程也是一筆不小的開銷。所以基于線程的復用，就提出了線程池的概念，我們使用線程池創建出若干個線程，執行完一個任務后，該線程會存在一段時間（用戶可以設定空閑線程的存活時間，后面會介紹），等到新任務來的時候就直接復用這個空閑線程，這樣就省去了創建、銷毀線程損耗。當然空閑線程也會是一種資源的浪費（所有才有空閑線程存活時間的限制），但總比頻繁的創建銷毀線程好太多。
下面是我的測試代碼

  /*
   * @TODO 線程池測試
   */
  @Test
  public void threadPool(){

    /*java提供的統計線程運行數，一開始設置其值為50000，每一個線程任務執行完
     * 調用CountDownLatch#coutDown()方法（其實就是自減1）
     * 當所有的線程都執行完其值就為0
    */
    CountDownLatch count = new CountDownLatch(50000);
    long start = System.currentTimeMillis();
    Executor pool = Executors.newFixedThreadPool(10);//開啟線程池最多會創建10個線程
    for(int i=0;i<50000;i++){
      pool.execute(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
          System.out.println("hello");
          count.countDown();
        }
      });
    }

    while(count.getCount()!=0){//堵塞等待5w個線程運行完畢

    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("50個線程都執行完了,共用時:"+(end-start)+"ms");
  }


  /**
   *@TODO 手動創建線程測試 
   */
  @Test
  public void thread(){
    CountDownLatch count = new CountDownLatch(50000);
    long start = System.currentTimeMillis();
    for(int i=0;i<50000;i++){
      Thread thread = new Thread(new Runnable() {

        @Override
        public void run() {
          System.out.println("hello");
          count.countDown();
        }
      });
      thread.start();
    }

    while(count.getCount()!=0){//堵塞等待5w個線程運行完畢

    }
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("50000個線程都執行完了,共用時:"+(end-start)+"ms");


  }

使用線程池5w線程運行完大約為400ms，不使用線程池運行大約為4350ms左右，其效率可見一斑（讀者可以自行測試，不過由于電腦配置不一樣，跑出來的數據會有差別，但使用線程池絕對是比創建線程要快的）。

java如何使用線程池?

上面的測試代碼中已經使用了線程池，下面正式介紹一下。

java所有的線程池最頂層是一個Executor接口，其只有一個execute方法，用于執行所有的任務，java又提供了ExecutorService接口繼承自Executor并且擴充了一下方法，在往下就是AbstractExecutorService這個抽象類，其實現了ExecutorService,最后就是ThreadPoolExecutor其繼承自上面的抽象類，我們常使用的java線程池就是創建的這個類的實例。

而上面我們使用Executors是一個工具類，它就是一個語法糖，為我們把各種不同的業務的線程池參數進行封裝，進行new操作。

 public static ExecutorService newFixedThreadPool(int nThreads) {
    return new ThreadPoolExecutor(nThreads, nThreads,
                   0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
                   new LinkedBlockingQueue<Runnable>());
  }

上面就是Executors.newFixedThreadPool(10)的源碼。

下面重點來了，說一說ThreadPoolExecutor構造方法各參數的意思。

 public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
               int maximumPoolSize,
               long keepAliveTime,
               TimeUnit unit,
               BlockingQueue<Runnable> workQueue,
               ThreadFactory threadFactory,
               RejectedExecutionHandler handler)

上面這個構造方法是最全的。

下面我們根據源碼來解釋部分參數意思，這樣更有說服力。

下面是ThreadPoolExecutor#execute方法，就是我們上面接口調用的execute實際執行者。

 public void execute(Runnable command) {
    if (command == null)
      throw new NullPointerException();

    int c = ctl.get();
    if (workerCountOf(c) < corePoolSize) {
      if (addWorker(command, true))
        return;
      c = ctl.get();
    }
    if (isRunning(c) && workQueue.offer(command)) {
      int recheck = ctl.get();
      if (! isRunning(recheck) && remove(command))
        reject(command);
      else if (workerCountOf(recheck) == 0)
        addWorker(null, false);
    }
    else if (!addWorker(command, false))
      reject(command);
  }

ctl是一個AtomicInteger實例，是一個提供了原子語句的CAS操作的類，它用來記錄線程池中當前運行的線程數量加上-2^29，workCountOf方法就取得其絕對值（可以去看源碼如何實現），當其小于corePoolSize時，會調用addWorker方法（是用來創建一個新Workder，Workder會創建一個Thread，所以就是創建線程的方法），addWorkd創建線程過程中會跟corePoolSize或者maxnumPoolSize的值比較（當傳入true會根corePoolSize比較，false會根據maxnumPoolSize比較，大于等于其值會創建失敗）。可見如何當前運行中的線程數量小于corePoolSize就是創建并且也會創建成功(
只簡單的討論線程池Running狀態下)。

如果當運行中線程數大于等于corePoolSize時，進入第二個if，isRunning是跟SHUTDOWN（其值=0）比較，之前說過c等于當前運行的線程數量加上-2^29，如果當前當前運行的線程數據達到2^29時其值就=0，isRunning返回false，else中在執行addWorkd也會返回false(addWorkd也對其進行了檢驗)，所以這表示線程池最多能支持2^29個線程同時運行（足夠用了）。

workQueue.offer(command)就是將runnable加入等待隊列，加入等待隊列后runWorker方法會從隊列中獲取任務執行的。如果當前隊列采用的是有界隊列（ArrayBlockingQueue）當隊列滿了offer就會返回false，這是就進入else if，看!這里傳入了false，說明這里要跟maxnumPoolSize比較了，如果這里運行的線程數大于等于maxnumPoolSize，那么這個線程任務就要被線程池拒絕了，執行reject(command),拒絕方法中使用了我們ThreadPoolExecutor構造方法中的RejectedExecutionHandler（拒絕策略），后面再詳細解釋。

經過上面的結合源碼的介紹，下面對們ThreadPoolExecutor的參數介紹就好理解了。

線程池中線程創建和拒絕策略

corePoolSize，maxnumPoolSize,BlockingQueue這三個要一塊說

當線程池運行的線程小于corePoolSize時，來一個新線程任務總是會新建一個線程來執行；當大于corePoolSize就會把任務加入到等待隊列blockingQueue中，如果你傳入的BlockingQueue是一個無界隊列（LinkedBlockingQueue）這是隊列可以存放“無窮多”的任務，所有總是會加入隊列成功，跟maxnumPoolSize就沒關系了，這也表示線程池中線程數最多為corePoolSize個；但是如果你傳入的是有界隊列（ArrayBlockingQueue,SynchronousQueue），當隊列滿時，并且線程數小于maxmunPoolSize就是創建新的線程直至線程數大于maxnumPoolSize;如果當線程數量大于maxnumPoolSize時，在加入任務就會被線程池拒絕。

RejectedExecutionHandler拒絕策略java給實現了4個AbortPolicy，CallerRunsPolicy，DiscardOldestPolicy，DiscardPolicy用戶也可以自己實現該接口實現自己的拒絕策略；第一個就是直接拋出異常，我們可以進行trycatch處理；第二個就是該新任務直接運行；第三個是取消隊列中最老的；第四個是取消當前任務。

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