Java中线程池的实现原理

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-11-26 08:42 200阅读 0赞

# **初始化线程池（4种）** #

## **简介：** ##

Java线程池的工厂类：**Executors类,**

初始化4种类型的线程池：

**newFixedThreadPool()**  
说明：**初始化一个指定线程数的线程池**，其中**corePoolSize == maxiPoolSize**，使用**LinkedBlockingQuene**作为阻塞队列  
特点：**即使当线程池没有可执行任务时，也不会释放线程。**  
**newCachedThreadPool()**  
说明：**初始化一个可以缓存线程的线程池，默认缓存60s**，线程池的线程数可达到**Integer.MAX\_VALUE，即2147483647，**内部使用**SynchronousQueue**作为阻塞队列；  
特点：在没有任务执行时，当线程的空闲时间超过keepAliveTime，会自动释放线程资源；当提交新任务时，如果没有空闲线程，则创建新线程执行任务，会导致一定的系统开销；  
因此，**使用时要注意控制并发的任务数，防止因创建大量的线程导致而降低性能**。  
**newSingleThreadExecutor()**  
说明：**初始化只有一个线程的线程池，内部使用LinkedBlockingQueue作为阻塞队列。**  
特点：如果该线程异常结束，会重新创建一个新的线程继续执行任务，唯一的线程可以保证所提交任务的顺序执行  
**newScheduledThreadPool()**  
特定：**初始化的线程池可以在指定的时间内周期性的执行所提交的任务**，在实际的业务场景中可以使用该线程池定期的同步数据。

总结：除了newScheduledThreadPool的内部实现特殊一点之外，其它线程池内部都是基于**ThreadPoolExecutor**类（Executor的子类）实现的。

## **ThreadPoolExecutor内部具体实现：** ##

ThreadPoolExecutor类构造器语法形式：

ThreadPoolExecutor（corePoolSize,maxPoolSize,keepAliveTime,timeUnit,workQueue,threadFactory,handle);

方法参数：  
　**  corePoolSize：核心线程数**  
**　  maxPoolSize：最大线程数**  
**     keepAliveTime：线程存活时间（在corePore<\*<maxPoolSize情况下有用）**  
**     timeUnit：存活时间的时间单位**  
**     workQueue：阻塞队列（用来保存等待被执行的任务）**

注：关于workQueue参数的取值,JDK提供了4种阻塞队列类型供选择：  
　　     * ArrayBlockingQueue：基于数组结构的有界阻塞队列，按FIFO排序任务；*  
*　　      inkedBlockingQuene：基于链表结构的阻塞队列，按FIFO排序任务，吞吐量通常要高于  *

*            SynchronousQuene：一个不存储元素的阻塞队列，每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作，否则插入操作一直处于阻塞状态，吞吐量通常要高于ArrayBlockingQuene；*

*　　      PriorityBlockingQuene：具有优先级的无界阻塞队列*；

** threadFactory：线程工厂，主要用来创建线程；**

**     handler：表示当拒绝处理任务时的策略，有以下四种取值**

* *注： 当线程池的饱和策略，当阻塞队列满了，且没有空闲的工作线程，如果继续提交任务，必须采取一种策略处理该任务，线程池提供了4种策略：

*　　　　ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。*

*　　　　ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。*

*　　　　ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）*

*　　　　ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：由调用线程处理该任务*

*　　　　当然也可以根据应用场景实现**RejectedExecutionHandler**接口，自定义饱和策略，如记录日志或持久化存储不能处理的任务。*

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# ** ****线程池的状态（5种）** #

其中AtomicInteger变量ctl的功能非常强大：利用低29位表示线程池中线程数，通过高3位表示线程池的运行状态：  
1、**RUNNING**：-1 << COUNT\_BITS，即高3位为111，该状态的线程池会接收新任务，并处理阻塞队列中的任务；  
2、**SHUTDOWN**： 0 << COUNT\_BITS，即高3位为000，该状态的线程池不会接收新任务，但会处理阻塞队列中的任务；  
3、**STOP** ： 1 << COUNT\_BITS，即高3位为001，该状态的线程不会接收新任务，也不会处理阻塞队列中的任务，而且会中断正在运行的任务；  
4、**TIDYING** ： 2 << COUNT\_BITS，即高3位为010，该状态表示线程池对线程进行整理优化；  
5、**TERMINATED**： 3 << COUNT\_BITS，即高3位为011，该状态表示线程池停止工作；

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# ** ****向线程池提交任务（2种）** #

有两种方式：

** Executor.execute(Runnable command);**

**      ExecutorService.submit(Callable<T> task);**

## **execute()内部****实现** ##

1.首次通过workCountof()获知当前线程池中的线程数，

如果小于corePoolSize, 就通过addWorker()创建线程并执行该任务；

否则，将该任务放入阻塞队列；

2. 如果能成功将任务放入阻塞队列中,

如果当前线程池是非RUNNING状态，则将该任务从阻塞队列中移除，然后执行reject()处理该任务；

如果当前线程池处于RUNNING状态，则需要再次检查线程池（因为可能在上次检查后，有线程资源被释放），是否有空闲的线程；如果有则执行该任务；

3、如果不能将任务放入阻塞队列中,说明阻塞队列已满；那么将通过addWoker()尝试创建一个新的线程去执行这个任务；如果addWoker()执行失败，说明线程池中线程数达到maxPoolSize,则执行reject()处理任务；

## ** sumbit()内部实现** ##

会将提交的Callable任务会被封装成了一个FutureTask对象

FutureTask类实现了Runnable接口，这样就可以通过Executor.execute()提交FutureTask到线程池中等待被执行，最终执行的是FutureTask的run方法；

**比较：**

两个方法都可以向线程池提交任务，execute()方法的返回类型是void，它定义在Executor接口中, 而submit()方法可以返回持有计算结果的Future对象，它定义在ExecutorService接口中，它扩展了Executor接口，其它线程池类像ThreadPoolExecutor和ScheduledThreadPoolExecutor都有这些方法。

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**线程池的关闭（2种）**

ThreadPoolExecutor提供了两个方法，用于线程池的关闭，分别是shutdown()和shutdownNow()，其中：

**shutdown**()：不会立即终止线程池，而是要等所有任务缓存队列中的任务都执行完后才终止，但再也不会接受新的任务

**shutdownNow**()：立即终止线程池，并尝试打断正在执行的任务，并且清空任务缓存队列，返回尚未执行的任务

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#  线程池容量的动态调整 #

ThreadPoolExecutor提供了动态调整线程池容量大小的方法：**setCorePoolSize()和setMaximumPoolSize()，**

# **总结：** #

**线程池中的核心线程数，当提交一个任务时，线程池创建一个新线程执行任务，直到当前线程数等于corePoolSize；如果当前线程数为corePoolSize，继续提交的任务被保存到阻塞队列中，等待被执行；如果阻塞队列满了，那就创建新的线程执行当前任务；直到线程池中的线程数达到maxPoolSize,这时再有任务来，只能执行reject()处理该任务；**

注：如果执行了线程池的prestartAllCoreThreads()方法，线程池会提前创建并启动所有核心线程。