本文的整體結(jié)構(gòu)如下所示。

Java線程池核心原理

看過Java線程池源碼的小伙伴都知道，在Java線程池中最核心的類就是ThreadPoolExecutor，而在ThreadPoolExecutor類中最核心的構(gòu)造方法就是帶有7個參數(shù)的構(gòu)造方法，如下所示。

publicThreadPoolExecutor(intcorePoolSize,
intmaximumPoolSize,
longkeepAliveTime,
TimeUnitunit,
BlockingQueueworkQueue,
ThreadFactorythreadFactory,
RejectedExecutionHandlerhandler)

各參數(shù)的含義如下所示。

corePoolSize：線程池中的常駐核心線程數(shù)。

maximumPoolSize：線程池能夠容納同時執(zhí)行的最大線程數(shù)，此值大于等于1。

keepAliveTime：多余的空閑線程存活時間，當(dāng)空間時間達(dá)到keepAliveTime值時，多余的線程會被銷毀直到只剩下corePoolSize個線程為止。

unit：keepAliveTime的單位。

workQueue：任務(wù)隊列，被提交但尚未被執(zhí)行的任務(wù)。

threadFactory：表示生成線程池中工作線程的線程工廠，用戶創(chuàng)建新線程，一般用默認(rèn)即可。

handler：拒絕策略，表示當(dāng)線程隊列滿了并且工作線程大于等于線程池的最大顯示數(shù)(maxnumPoolSize)時，如何來拒絕請求執(zhí)行的runnable的策略。

并且Java的線程池是通過 生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式 實(shí)現(xiàn)的，線程池的使用方是生產(chǎn)者，而線程池本身就是消費(fèi)者。

Java線程池的核心工作流程如下圖所示。

手?jǐn)]Java線程池

我們自己手動實(shí)現(xiàn)的線程池要比Java自身的線程池簡單的多，我們?nèi)サ袅烁鞣N復(fù)雜的處理方式，只保留了最核心的原理：線程池的使用者向任務(wù)隊列中添加任務(wù)，而線程池本身從任務(wù)隊列中消費(fèi)任務(wù)并執(zhí)行任務(wù)。

只要理解了這個核心原理，接下來的代碼就簡單多了。在實(shí)現(xiàn)這個簡單的線程池時，我們可以將整個實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行拆解。拆解后的實(shí)現(xiàn)流程為：定義核心字段、創(chuàng)建內(nèi)部類WorkThread、創(chuàng)建ThreadPool類的構(gòu)造方法和創(chuàng)建執(zhí)行任務(wù)的方法。

定義核心字段

首先，我們創(chuàng)建一個名稱為ThreadPool的Java類，并在這個類中定義如下核心字段。

DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE：靜態(tài)常量，表示默認(rèn)的阻塞隊列大小。

workQueue：模擬實(shí)際的線程池使用阻塞隊列來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式。

workThreads：模擬實(shí)際的線程池使用List集合保存線程池內(nèi)部的工作線程。

核心代碼如下所示。

//默認(rèn)阻塞隊列大小
privatestaticfinalintDEFAULT_WORKQUEUE_SIZE=5;

//模擬實(shí)際的線程池使用阻塞隊列來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式
privateBlockingQueueworkQueue;

//模擬實(shí)際的線程池使用List集合保存線程池內(nèi)部的工作線程
privateListworkThreads=newArrayList();

創(chuàng)建內(nèi)部類WordThread

在ThreadPool類中創(chuàng)建一個內(nèi)部類WorkThread，模擬線程池中的工作線程。主要的作用就是消費(fèi)workQueue中的任務(wù)，并執(zhí)行任務(wù)。由于工作線程需要不斷從workQueue中獲取任務(wù)，所以，這里使用了while(true)循環(huán)不斷嘗試消費(fèi)隊列中的任務(wù)。

核心代碼如下所示。

//內(nèi)部類WorkThread，模擬線程池中的工作線程
//主要的作用就是消費(fèi)workQueue中的任務(wù)，并執(zhí)行
//由于工作線程需要不斷從workQueue中獲取任務(wù)，使用了while(true)循環(huán)不斷嘗試消費(fèi)隊列中的任務(wù)
classWorkThreadextendsThread{
@Override
publicvoidrun(){
//不斷循環(huán)獲取隊列中的任務(wù)
while(true){
//當(dāng)沒有任務(wù)時，會阻塞
try{
RunnableworkTask=workQueue.take();
workTask.run();
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}
}

創(chuàng)建ThreadPool類的構(gòu)造方法

這里，我們?yōu)門hreadPool類創(chuàng)建兩個構(gòu)造方法，一個構(gòu)造方法中傳入線程池的容量大小和阻塞隊列，另一個構(gòu)造方法中只傳入線程池的容量大小。

核心代碼如下所示。

//在ThreadPool的構(gòu)造方法中傳入線程池的大小和阻塞隊列
publicThreadPool(intpoolSize,BlockingQueueworkQueue){
this.workQueue=workQueue;
//創(chuàng)建poolSize個工作線程并將其加入到workThreads集合中
IntStream.range(0,poolSize).forEach((i)->{
WorkThreadworkThread=newWorkThread();
workThread.start();
workThreads.add(workThread);
});
}

//在ThreadPool的構(gòu)造方法中傳入線程池的大小
publicThreadPool(intpoolSize){
this(poolSize,newLinkedBlockingQueue<>(DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE));
}

創(chuàng)建執(zhí)行任務(wù)的方法

在ThreadPool類中創(chuàng)建執(zhí)行任務(wù)的方法execute()，execute()方法的實(shí)現(xiàn)比較簡單，就是將方法接收到的Runnable任務(wù)加入到workQueue隊列中。

核心代碼如下所示。

//通過線程池執(zhí)行任務(wù)
publicvoidexecute(Runnabletask){
try{
workQueue.put(task);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}

完整源碼

這里，我們給出手動實(shí)現(xiàn)的ThreadPool線程池的完整源代碼，如下所示。

packageio.binghe.thread.pool;

importjava.util.ArrayList;
importjava.util.List;
importjava.util.concurrent.BlockingQueue;
importjava.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
importjava.util.stream.IntStream;

/**
*@authorbinghe
*@version1.0.0
*@description自定義線程池
*/
publicclassThreadPool{

//默認(rèn)阻塞隊列大小
privatestaticfinalintDEFAULT_WORKQUEUE_SIZE=5;

//模擬實(shí)際的線程池使用阻塞隊列來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式
privateBlockingQueueworkQueue;

//模擬實(shí)際的線程池使用List集合保存線程池內(nèi)部的工作線程
privateListworkThreads=newArrayList();

//在ThreadPool的構(gòu)造方法中傳入線程池的大小和阻塞隊列
publicThreadPool(intpoolSize,BlockingQueueworkQueue){
this.workQueue=workQueue;
//創(chuàng)建poolSize個工作線程并將其加入到workThreads集合中
IntStream.range(0,poolSize).forEach((i)->{
WorkThreadworkThread=newWorkThread();
workThread.start();
workThreads.add(workThread);
});
}

//在ThreadPool的構(gòu)造方法中傳入線程池的大小
publicThreadPool(intpoolSize){
this(poolSize,newLinkedBlockingQueue<>(DEFAULT_WORKQUEUE_SIZE));
}

//通過線程池執(zhí)行任務(wù)
publicvoidexecute(Runnabletask){
try{
workQueue.put(task);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}

//內(nèi)部類WorkThread，模擬線程池中的工作線程
//主要的作用就是消費(fèi)workQueue中的任務(wù)，并執(zhí)行
//由于工作線程需要不斷從workQueue中獲取任務(wù)，使用了while(true)循環(huán)不斷嘗試消費(fèi)隊列中的任務(wù)
classWorkThreadextendsThread{
@Override
publicvoidrun(){
//不斷循環(huán)獲取隊列中的任務(wù)
while(true){
//當(dāng)沒有任務(wù)時，會阻塞
try{
RunnableworkTask=workQueue.take();
workTask.run();
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}

沒錯，我們僅僅用了幾十行Java代碼就實(shí)現(xiàn)了一個極簡版的Java線程池，沒錯，這個極簡版的Java線程池的代碼卻體現(xiàn)了Java線程池的核心原理。

接下來，我們測試下這個極簡版的Java線程池。

編寫測試程序

測試程序也比較簡單，就是通過在main()方法中調(diào)用ThreadPool類的構(gòu)造方法，傳入線程池的大小，創(chuàng)建一個ThreadPool類的實(shí)例，然后循環(huán)10次調(diào)用ThreadPool類的execute()方法，向線程池中提交的任務(wù)為：打印當(dāng)前線程的名稱--->> Hello ThreadPool。

整體測試代碼如下所示。

packageio.binghe.thread.pool.test;

importio.binghe.thread.pool.ThreadPool;

importjava.util.stream.IntStream;

/**
*@authorbinghe
*@version1.0.0
*@description測試自定義線程池
*/
publicclassThreadPoolTest{

publicstaticvoidmain(String[]args){
ThreadPoolthreadPool=newThreadPool(10);
IntStream.range(0,10).forEach((i)->{
threadPool.execute(()->{
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"--->>HelloThreadPool");
});
});
}
}

接下來，運(yùn)行ThreadPoolTest類的main()方法，會輸出如下信息。

Thread-0--->>HelloThreadPool
Thread-9--->>HelloThreadPool
Thread-5--->>HelloThreadPool
Thread-8--->>HelloThreadPool
Thread-4--->>HelloThreadPool
Thread-1--->>HelloThreadPool
Thread-2--->>HelloThreadPool
Thread-5--->>HelloThreadPool
Thread-9--->>HelloThreadPool
Thread-0--->>HelloThreadPool

至此，我們自定義的Java線程池就開發(fā)完成了。

總結(jié)

線程池的核心原理其實(shí)并不復(fù)雜，只要我們耐心的分析，深入其源碼理解線程池的核心本質(zhì)，你就會發(fā)現(xiàn)線程池的設(shè)計原來是如此的優(yōu)雅。希望通過這個手寫線程池的小例子，能夠讓你更好的理解線程池的核心原理。

審核編輯：劉清