架构：线程池的实现原理。

妖狐艹你老母 2024-02-19 14:33 12阅读 0赞

Java中的线程池是运用场景最多的并发框架，几乎所有需要异步或并发执行任务的程序都可以使用线程池。在开发过程中，合理的使用线程池能够带来3个好处。

*  第一：降低资源消耗。通过重复利用已创建的线程降低线程创建和销毁造成的消耗。
 *  第二：提高响应速度。当任务到达时，任务可以不需要等到线程创建就能立即执行。
 *  第三：提高线程的可管理性。线程是稀缺资源，如果无限制的创建，不仅会消耗系统资源，还会降低系统的稳定性，使用线程池可以进行统一分配、调优和监控。但是，要做到合理利用线程池，必须对其实现原理了如指掌。

## 线程池的实现原理 ##

当向线程池提交一个任务之后，线程池是如何处理这个任务的呢？下面看一下线程池的主要处理流程，处理流程图如下所示。

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从上图中可以看出，当提交一个新任务到线程池时，线程池的处理流程如下。

1.  线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入下个流程。
2.  线程池判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。
3.  线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态，如果没有，则创建一个新的工作线程来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。

ThreadPoolExecutor执行execute()方法的示意图，如下所示。

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ThreadPoolExecutor执行execute方法分下面4种情况。

*  如果当前运行的线程少于corePoolSize，则创建新线程来执行任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）。
 *  如果运行的线程等于或多于corePoolsize，则将任务加入BlockingQueue。
 *  如果无法将任务加入BlockingQueue（队列已满），则创建新的线程来处理任务（注意，执行这一步骤需要获取全局锁）。
 *  如果创建新线程将使当前运行的线程超出maximumPoolSize，任务将被拒绝，并调用RejectedExecutionHandler.rejectedExecution()方法。

ThreadPoolExecutor采取上述步骤的总体设计思路，是为了在执行execute()方法时，尽可能的避免获取全局锁（那将会是一个严重的可伸缩瓶颈）。在ThreadPoolExecutor完成预热之后（当前运行的线程数大于等于corePoolSize），几乎所有的execute()方法调用都是执行步骤2，而步骤2不需要获取全局锁。

**源码分析：**上面的流程分析让我们很直观的了解了线程池的工作原理，让我们再通过源代码来看看如何实现的，线程池执行任务的方法如下。

public void execute(Runnable command) {
        if(command == null) throw new NullPointerException();
        // 如果线程数小于基本线程数，则创建线程并执行当前任务
        if(poolSize >= corePoolSize || !addIfUnderCorePoolSize(command)) {
            // 如线程数大于等于基本线程数或线程创建失败，则将当前任务放到工作队列中。
            if(runState == RUNNING && workQueue.offer(command)) {
                if(runState != RUNNING || poolSize == 0) ensureQueuedTaskHandled(command);
            }
            // 如果线程池不处于运行中或任务无法放入队列，并且当前线程数量小于最大允许的线程数量，
            // 则创建一个线程执行任务。
            else if(!addIfUnderCorePoolSize(command))
            // 抛出RejectedExecutionException异常
            reject(command); // is shutdown or saturated
        }
    }

**工作线程：**线程池创建线程时，会将线程封装成工作线程Worker，Worker在执行完任务后，还会循环获取工作队列里的任务来执行。我们可以从Worker类的run()方法里看到这点。

public void run() {
        try {
            Runnable task = firstTask;
            firstTask = null;
            while(task != null || (task =getTask()) != null) {
                runTask(task);
                task = null;
            }
        } finally {
            workerDone(this);
        }
    }

ThreadPoolExecutor中线程执行任务的示意图如下所示。

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线程池中的线程执行任务分两种情况，如下。

*  在execute()方法中创建一个线程时，会让这个线程执行当前任务。
 *  这个线程执行完上图中1的任务后，会反复从BlockingQueue获取任务来执行。

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